Роторный двигатель
Роторный двигатель — одна из самых продолжительных и неоднозначных разработок в мире автомобилестроения
Двигатель
История появления роторных двигателейПервое упоминание роторного двигателя датируется 1919 годом. На тот момент изобретателю Феликсу Ванкелю было всего 17 лет. С одной стороны, сложно предположить, что юный Феликс смог изобрести роторный двигатель в таком возрасте, с другой – к примеру, Вольфганг Моцарт, который писал гениальные симфонии в еще более раннем возрасте.
В биографии Ванкеля были и учеба в университете, и принудительные работы в компаниях BMW и Daimler, и даже тюремное заключение.
После освобождения из под стражи Феликс Ванкель устроился на работу в мотоциклетную компанию, где его разработками заинтересовался один из инженеров этой компании Вальтер Фройде. Работа в тандеме ускорила темпы исследований, и в 1957 году заработал первый роторный двигатель Ванкеля и Фройде.
Впоследствии конструкция двигателя была пересмотрена и претерпела ряд изменений. Только в 1958 году свет увидел окончательный вариант роторного двигателя, который используется и в наши дни.
Устройство и принцип работы роторного двигателяРоторный двигатель является двигателем внутреннего сгорания. Даже количество тактов у него не отличается от классического 4-х тактного поршневого ДВС. Его принципиальное отличие в том, что роль поршня играет ротор.
— он участвует в образовании камер внутреннего сгорания;
— при его помощи осуществляется впуск и выпуск газов;
— приводит в действие главный вал;
Роторный двигатель имеет такой же цилиндр, как и двигатель поршневой. Отличается цилиндр формой, а называется — статор. Ротор является главным движущим элементом, его вращение внутри статора осуществляется за счет шестерней. Имеются, аналогичные поршневому ДВС, впускной и выпускной клапаны, а воспламенение происходит с помощью свечи. Рассмотрим все 4 такта вращения ротора:
— Впуск топлива.
Положение, которое занимает ротор, позволяет создать отдельную камеру и заполнить ее топливом.
— Сжатие. Происходит поворот ротора за счет давления топливной смеси.
— Рабочий ход. На данном этапе происходит еще один поворот и воспламенение. Выделяется большое количество энергии и возрастает давление, что приводит к следующему повороту ротора.
— Выхлоп. Завершающий этап цикла, при котором продукты сгорания выводятся через выпускной клапан.
Достоинства и недостатки роторных двигателейВ 50-ые годы прошлого столетия роторный двигатель казался новым этапом в развитии автомобилестроения. На первый взгляд двигатель имел одни преимущества: низкий уровень вибраций и отсутствие газораспределительной системы (ротор сам открывает и закрывает клапаны, что значительно упрощает конструкцию). Однако позднее были выявлены и существенные недостатки этого типа двигателя, которые и не позволили ему получить широкое применение.
Основной недостаток – вытянутая форма статора.
Благодаря этому площадь рабочей поверхности больше чем у поршневого ДВС, и это приводит к значительным потерям энергии. Кроме того, отсутствие распределительной системы осложняет процесс смешивания горючего, что увеличивает расход топлива. Экологические показатели роторных двигателей также оставляют желать лучшего.
Следующий недостаток – высокие температуры при работе двигателя. В роторном ДВС все процессы осуществляются в одной камере сгорания, и такая особенность не позволяет охлаждать двигатель чаще, чем один раз в 4 такта. Учащенное охлаждение приведет к потере энергии, ведь все процессы осуществляются в одной камере – статоре. Единственный выход из этой ситуации – это использование более стойкого к температурам материала, что в разы увеличивает затраты на производство.
Вышеперечисленные недостатки не позволяют использовать в качестве топлива дизель — нагрузки слишком высокие.
Роторные двигатели на автомобилях различных марокНесмотря на недостатки, ведущие авто — концерны пытались наладить серийное производство автомобилей с роторными двигателями.
Первые шаги сделали Mercedes-Benz. На основе роторного ДВС был собран опытный образец гоночного автомобиля, который мог похвастаться мощностью в 280 л.с. и разгоном до сотни за 5 секунд. Для 1969 года – невероятные показатели.
Ровно через год компания Chevrolet получила лицензию на использование роторного двигателя. Результатом стал новый Corvette XP-987GT. Старт был очень уверенным, и модель пережила несколько модернизаций, но в результате производство закрыли из-за чрезмерных денежных затрат.
Благодаря СМИ новость о разработке немецкого инженера распространялась быстро и вскоре французская фирма Citroen заинтересовалась автомобильным ноу-хау. Начало серийное производства роторных Citroen GS Birotor (название означает 2 секции двигателя по 498 см³) затянулось на 7 лет. На рынок машины так и не попали – дело закончилось оно полной ликвидацией производства. За это время успели выпустить порядка 200 автомобилей, которые невероятным образом потерялись. Возможно, кто-нибудь из коллекционеров по сей день хвастается друзьям своей жемчужиной.
Отличились как всегда СССР. Наши соотечественники нашли применение роторным движкам в среде служебных автомобилей. «Волги» для ГАИ использовали главное преимущество ротора – высокие скоростные и динамические показатели.
Пожалуй, самый знаменитый серийный автомобиль на основе роторного ДВС – Mazda RX-8.
На этом история роторного двигателя не заканчивается. В своем первоначальном виде он не прижился, но послужил хорошей платформой для новых разработок. Российские инженеры сделали шаг вперед и разработали 3- и 5-тактные роторные двигатели, а концерн АвтоВАЗ уже давно заявил о своем намерении разработать принципиально новый ДВС на основе роторного.
Роторный двигатель: принцип работы, особенности
Двигатель – это основа любого транспортного средства. Без него невозможно движение автомобиля. На данный момент наиболее распространенными являются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Если говорить о большинстве беговых авто, это рядные четырехцилиндровые ДВС.
Однако есть автомобили с таким моторами, где классическая поршневая отсутствует в принципе. Эти моторы имеют совершенно иное устройство и принцип работы. Называются они роторными ДВС. Что это за агрегаты, в чем их особенности, плюсы и минусы? Рассмотрим в нашей сегодняшней статье.
Характеристика
Роторный двигатель – это одна из разновидностей тепловых ДВС. Впервые такой мотор был разработан еще в далеком 19-м веке. Сегодня используется роторный двигатель на Mazda РХ-8 и еще на некоторых спортивных авто. Такой мотор имеет ключевую особенность – в нем нет возвратно-поступательных движений, как в обычном ДВС.
Здесь вращение осуществляется специальным трехгранным ротором. Он заключен в специальный корпус. Подобная схема практиковалась еще в 50-х годах прошлого столетия немецкой фирмой NSU. Автором такого ДВС стал Феликс Ванкель. Именно по его схеме производятся все современные роторные двигателя («Мазда РХ» не является исключением).
Устройство
В конструкцию силового агрегата входит:
- Корпус.
- Выходной вал.
- Ротор.
Сам корпус являет собой основную рабочую камеру. На роторном двигателе она имеет овальную форму. Столь необычная конструкция камеры сгорания обусловлена использованием трехгранного ротора. Так, при соприкосновении его со стенками образуются изолированные закрытые контуры. Именно в них осуществляются рабочие такты ДВС. Это:
- Впуск.
- Сжатие.
- Воспламенение и рабочий ход.
- Выпуск.
Среди особенностей роторного двигателя внутреннего сгорания стоит отметить отсутствие классических впускных и выпускных клапанов. Вместо них использованы специальные отверстия. Они находятся по бокам камеры сгорания. Данные отверстия напрямую соединяются с системой выпуска газов и системой питания.
Ротор
Основа конструкции силовой установки данного типа – это ротор. Он выполняет функцию поршней в данном двигателе. Однако ротор находится в единственном экземпляре, в то время как поршней может быть от трех до двенадцати и более.
По форме данный элемент напоминает некий треугольник с закругленными краями.
Такие края нужны для более герметичного и качественного уплотнения камеры сгорания. Так достигается правильное сгорание топливной смеси. В верхней части грани и по ее бокам расположены специальные пластины. Они выполняют функцию компрессионных колец. В роторе также находятся зубцы. Они служат для вращения привода, который задействует также выходной вал. О назначении последнего поговорим ниже.
Вал
Как такового коленчатого вала в роторно-поршневом двигателе нет. Вместо него использован выходной элемент. Относительно его центра находятся специальные выступы (кулачки). Они расположены асимметрично. Крутящий момент от ротора, что передается на кулачок, заставляет вал вращаться вокруг своей оси. Так создается энергия, необходимая для движения приводов и колес в автомобиле.
Такты
Какой имеет принцип работы роторный двигатель? Алгоритм действия, несмотря на схожие такты с поршневым мотором, отличается.
Так, начало такта происходит при прохождении одного из концов ротора через впускной канал корпуса ДВС. В данный момент под действием вакуума в камеру засасывается горючая смесь. При дальнейшем вращении ротора происходит такт сжатия смеси. Это происходит, когда второй конец проходит впускное отверстие. Постепенно возрастает давление смеси. В конечном итоге она воспламеняется. Но возгорается она не от силы сжатия, а от искры свечи зажигания. После этого начинается рабочий такт хода ротора.
Поскольку камера сгорания в таком двигателе имеет овальную форму, целесообразно использовать две свечи в конструкции. Это позволяет быстро осуществить поджог смеси. Так, фронт пламени распространяется более равномерно. Кстати, по две свечи на одну камеру сгорания может приходиться и в обычном поршневом ДВС (встречается такая конструкция крайне редко). Однако для роторного двигателя это является необходимостью.
После воспламенения, в камере образуется высокое давление газов. Сила настолько велика, что позволяет прокрутить ротор на эксцентрике.
Это способствует вырабатыванию крутящего момента на выходном валу. Когда вершина ротора приближается к выпускному отверстию, сила и давление энергии газов снижается. Они самопроизвольно устремляются в выпускной канал. После того как камера полностью от них освободилась, начинается новый процесс. Работа роторного двигателя снова начинается с такта впуска, сжатия, воспламенения, а затем и рабочего хода.
О системе смазки и питании
Данный агрегат не имеет отличий в системе топливоподачи. Здесь также используется погружной насос, что подает бензин под давлением из бака. А вот смазочная система имеет свои особенности. Так, масло для трущихся частей двигателя подается прямо в камеру сгорания. Для смазки предусмотрено специальное отверстие. Но возникает вопрос: куда затем девается масло, если оно проникает в камеру сгорания? Здесь принцип работы схож с двухтактным двигателем. Смазка попадает в камеру и сгорает вместе с бензином. Такая схема работы используется на каждом роторно-лопастном двигателе и поршневом в том числе.
Ввиду особой конструкции смазочной системы такие моторы не могут отвечать современным экологическим нормам. Это одна из нескольких причин, почему роторные двигатели на ВАЗе и других моделях авто серийно не применяются. Впрочем, сперва отметим преимущества РПД.
Плюсы
Существует немало плюсов у такого типа двигателей. Во-первых, данный мотор обладает небольшим весом и размерами. Это позволяет сэкономить место в подкапотном пространстве и разместить ДВС в любом автомобиле. Также низкий вес способствует более правильной развесовке автомобиля. Ведь большая часть массы на авто с классическими ДВС сосредоточена именно в передней части кузова.
Во-вторых, роторно-поршневой двигатель обладает высокой удельной мощностью. По сравнению с классическими моторами, данный показатель в полтора-два раза выше. Также у роторного двигателя более широкая полка крутящего момента. Он доступен практически с холостых оборотов, в то время как обычные ДВС нужно раскручивать до четырех-пяти тысяч.
Кстати, роторный мотор намного легче набирает высокие обороты. Это еще один плюс.
В-третьих, такой двигатель имеет более простую конструкцию. Здесь нет ни клапанов, ни пружин, ни кривошипно-шатунного механизма в целом. Вместе с этим отсутствует привычная система газораспределения с ремнем и распределительным валом. Именно отсутствие КШМ способствует более легкому набору оборотов роторным ДВС. Такой мотор за доли секунды крутится до восьми-десяти тысяч. Ну и еще один плюс – это меньшая склонность к детонации.
Минусы
Теперь поговорим о недостатках, из-за которых применение роторных моторов стало ограниченным. Первый минус – это высокие требования к качеству масла. Хоть мотор и работает по типу двухтактного, сюда нельзя заливать дешевую «минералку». Детали и механизмы силового агрегата подвергаются существенным нагрузкам, поэтому для сохранения ресурса нужна плотная масляная пленка между трущимися парами. Кстати, регламент замены смазки составляет шесть тысяч километров.
Следующий недостаток касается быстрого износа уплотняющих элементов ротора. Это происходит вследствие малого пятна контакта. Из-за износа уплотнительных элементов, образуется высокий перепад давлений. Это негативно сказывается на производительности роторного двигателя и расходе масла (а соответственно и экологических показателях).
Перечисляя недостатки, стоит упомянуть и о расходе топлива. По сравнению с цилиндро-поршневым двигателем, роторный не располагает топливной экономичностью, особенно на средних и низких оборотах. Ярким примером тому служит «Мазда РХ-8». При объеме в 1,3 литра этот мотор потребляет не менее 15 литров бензина на сотню. Что примечательно, на высоких оборотах ротора достигается наибольшая топливная экономичность.
Также роторные двигатели склонны к перегреву. Это происходит из-за особой линзовидной формы камеры сгорания. Она плохо отводит тепло по сравнению со сферической (как на обычных ДВС), поэтому при эксплуатации нужно всегда следить за температурным датчиком.
В случае перегрева, деформируется ротор. При работе он будет образовать значительные задиры. В результате ресурс мотора приблизится к концу.
Несмотря на простую конструкцию и отсутствие кривошипно-шатунного механизма, этот мотор трудно отремонтировать. Такие двигателя очень редко встречаются и мало кто из мастеров имеет опыт с ними. Поэтому многие автосервисы отказываются «капиталить» такие моторы. А те, кто и занимается роторами, просят за это баснословные суммы денег. Приходится платить либо устанавливать новый двигатель. Но это не является гарантией высокого ресурса. Такие моторы выхаживают максимум 100 тысяч километров (даже при умеренной эксплуатации и своевременном обслуживании). И моторы «Мазды РХ-8» не стали тому исключением.
Роторный двигатель ВАЗ
Все знают, что такие моторы в свои годы использовал японский производитель «Мазда». Однако мало кому известен тот факт, что РПД применялся и в Советском Союзе на ВАЗовской «Классике». Разрабатывался такой мотор по приказу министерства для спецслужб.
ВАЗ-21079, оснащенный таким двигателем, являлся аналогом известной черной «Волги-догонялки» с восьмицилиндровым мотором.
Разработки роторно-поршневого двигателя для ВАЗ начались еще в середине 70-х. Задача была не из легких – создать роторный мотор, который будет превосходить по всем показателями традиционный поршневой ДВС. Разработкой нового силового агрегата занимались специалисты авиационных предприятий Самары. Начальником сборочно-конструкторского бюро был Борис Сидорович Поспелов.
Разработка силовых агрегатов шла одновременно с изучением роторных моторов зарубежных образцов. Первые экземпляры не отличались высокими эксплуатационными показателями, и в серию они не пошли. Несколько лет спустя были созданы несколько вариантов РПД для классического ВАЗа. Лучшим из них был признан мотор ВАЗ-311. Этот двигатель имел такие же геометрические параметры, как и японский мотор 1ЗВ. Максимальная мощность агрегата составляла 70 лошадиных сил. Несмотря на несовершенность конструкции, руководством было принято решение о выпуске первой промышленной партии РПД, которые устанавливались на служебные автомобили ВАЗ-2101.
Однако вскоре обнаружилась масса недоработок: мотор породил волну рекламаций, разразился скандал и численность работников конструкторского бюро существенно сократилась. Из-за частых поломок, первый роторный двигатель ВАЗ-311 был снят с производства.
Но на этом история советского РПД не заканчивалась. В 80-х годах инженерам все же удалось создать роторный мотор, который существенно превосходил характеристики поршневого ДВС. Так, это был роторный двигатель ВАЗ-4132. Агрегат развивал мощность в 120 лошадиных сил. Это дало автомобилю ВАЗ-2105 превосходные динамические характеристики. С этим двигателем машина разгонялась до сотни за 9 секунд. А максимальная скорость «догонялки» составляла 180 километров в час. Среди основных преимуществ стоит отметить высокий крутящий момент двигателя, доступный на всем диапазоне оборотов и высокую литровую мощность, которая была достигнута без какой-либо форсировки.
В 90-х годах на АвтоВАЗе занялись разработкой нового роторного двигателя, который должен был устанавливаться на «девятку».
Так, в 1994 м году на свет вышел новый силовой агрегат ВАЗ-415. Мотор имел рабочий объем в 1300 кубических сантиметров и две камеры сгорания. степень сжатия каждой составляла 9,4. Данная силовая установка способна раскручиваться до десяти тысяч оборотов. При этом мотор отличался небольшим расходом топлива. В среднем, агрегат потреблял 13-14 литров на сотню в смешанном цикле (это неплохой показатель для старого по сегодняшним меркам роторного ДВС). При этом двигатель отличался малой снаряженной массой. Без навесного оборудования он весил всего 113 килограмм.
Расход масла у двигателя ВАЗ-415 составляет 0,6 процента от удельного расхода топлива. Ресурс ДВС до капитального ремонта – 125 тысяч километров. Мотор, установленный на «девятку», показывал неплохие динамические характеристики. Так, разгон до сотни занимал всего девять секунд. А максимальная скорость – 190 километров в час. Также были экспериментальные образцы ВАЗ-2108 с роторным мотором. Благодаря меньшему весу, роторная «восьмерка» разгонялась до сотни всего за восемь секунд.
А максимальная скорость в ходе испытаний составила 200 километров в час. Однако в серию эти моторы так и не поступили. На вторичном рынке и на разборках найти их тоже нельзя.
Подводим итоги
Итак, мы выяснили, что собой представляет роторный двигатель. Как видите, это весьма интересная разработка, направленная на получение максимального КПД и мощности. Однако ввиду своей конструкции, механизмы ротора быстро изнашивались. Это сказывалось на ресурсе двигателя. Даже у японских РПД он составляет не более ста тысяч километров. Также данные моторы имеют высокие требования к смазочным материалам и не могут соответствовать современным экологическим нормам. Поэтому роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания так и не стали особо популярными в сфере автомобилестроения.
Как работает роторный двигатель?
Всегда хотели знать, о чем все говорят, вращая Doritos? Давайте погрузимся в
Что такое роторный двигатель?
Говоря простым языком (на грани упрощения), это двигатель с одним или несколькими роторами, которые вращаются — представь себе — вместо поршней, совершающих возвратно-поступательное движение.
Основные принципы внутреннего сгорания — всасывать, сжимать, хлопать, дуть — по-прежнему применимы, но разница заключается в методе, с помощью которого это осуществляется на практике. Подробнее об этом чуть позже.
Он также используется для обозначения больших двигателей старых самолетов, в которых целая куча поршней расположена по кругу вокруг эксцентричного центрального коленчатого вала и фактически вращается вокруг него. Без сомнения, это зрелище, но не то, о чем мы здесь говорим.
Хотя вы, вероятно, ассоциируете роторный двигатель с Mazda, учитывая, что это единственная автомобильная компания, добившаяся заметного потребительского успеха, роторный двигатель использовался в автомобилях от Citroen до NSU, а также в мотоциклах, вертолетах. , легкие самолеты, беспилотники, водные мотоциклы — вы называете это. Мы уверены, что если бы вы искали достаточно внимательно, вы могли бы найти кого-то, кто прикрепил его к газонокосилке (теперь есть идея) или к рыбацкой лодке, но, тем не менее, это довольно широкое распространение.
Роторный двигатель на самом деле особенный, учитывая, что это один из трех типов двигателей, когда-либо изобретенных человечеством. Первый — это тот, с которым вы больше всего знакомы — поршни — которые затем можно разделить на четырехтактные и двухтактные, дизельные, бензиновые и так далее. Во-вторых, это турбины, с которыми вы хорошо знакомы по последнему полету Ryanair/Jetstar/Delta. И третье — роторные. Вот примерно так, если только не начать считать ракеты.
Как работает роторный двигатель?
О, мы можем просто сказать «феиная пыль и слезы гонщиков» и двигаться дальше?
Нет? Отлично. Это будет немного концептуально, так что пристегнитесь.
Представьте себе овал, слегка сжатый посередине, чтобы получилась едва заметная восьмерка. Теперь представьте себе треугольник с выпуклыми сторонами внутри этой восьмерки, совершающий что-то вроде вальса вокруг и вокруг так, что длинная изогнутая сторона выпуклого треугольника создает четыре отдельные «зоны» в восьмерке, когда она танцует.
Эти четыре зоны являются четырьмя частями цикла сгорания – впуск, сжатие, зажигание, выпуск. Гениальность роторного двигателя заключается в том, что один оборот означает три отдельных рабочих такта, в отличие от четырехтактных поршневых двигателей, которые, как следует из названия, производят мощность только при одном движении из четырех.
Поскольку одна сторона треугольника удаляется от воздухозаборника, происходит всасывание топливно-воздушной смеси. И по мере его удаления соседняя сторона сжимает смесь. Который затем воспламеняется, а) позволяя расширяющемуся газу толкать ротор, и б) создавая мощность. Но поскольку эта сторона ротора толкается горением, она толкает следующую сторону треугольника, чтобы выпустить выхлопные газы. Удивительные вещи, на самом деле.
Внутри треугольника находится шестерня, которая как бы крутится вокруг меньшей шестерни, прикрепленной к чему-то, что называется эксцентриковым валом. Да, много танцев составляет роторный двигатель. Во всяком случае, этот эксцентриковый вал, или буква «Е», немного похож на большой распределительный вал с гигантскими кулачками.
И он действует аналогичным образом, но с другой целью. В то время как лепестки на распределительных валах преобразуют вращательное движение в возвратно-поступательное — толкают клапаны вверх и вниз, когда идеально круглая часть вала вращается нормально — «лепестки» на эксцентриковом валу позволяют ротору совершать пируэты внутри корпуса, преобразовывая энергию от Dorito. танцуйте в регулярных вращениях.
На фото: роторный двигатель Mazda Renesis
Чем отличается роторный двигатель?
Во многом это та же идея, что и у любого другого бензинового двигателя. Ротари по-прежнему берут топливо, смешивают его с воздухом, сжимают смесь, поджигают ее свечами зажигания, используют расширяющийся газ для выполнения механической работы и вращения вала, а затем выбрасывают отработанный газ из камеры сгорания.
Роторный двигатель отличается… примерно везде. Поскольку мы уже говорили о том, как вальсировать Doritos с хулахупом вокруг эксцентрикового стержня, можно с уверенностью сказать, что здесь есть над чем подумать.
Количество деталей, необходимых для создания роторного двигателя, составляет лишь часть поршневого двигателя, и многие проблемы, присущие поршневым двигателям, и сложные инженерные решения, необходимые для их преодоления, устраняются исключительно благодаря конструкции роторного двигателя. Подробнее об этом… ну, а теперь, собственно.
Чем хорош роторный двигатель?
Ну, BRAP, есть множество BRAAAP-позитивов роторного двигателя BRAP-BAP-BAP-BAP, таких как небольшой размер, малый вес, малое количество деталей, простота изготовления, BRAAAAAP… И, конечно же, уникальный, хриплый и, в конечном счете, непревзойденный звук, если мы еще не сообщили об этом ранее. Звук наполовину мотоцикл, наполовину болид F1, и все хорошо. Даже турбины — печально известные шумоглушители — не могут подавить ярость ротора в полном полете.
И это тоже будет на полном ходу — роторные двигатели легендарны из-за того, как они набирают обороты, и действительно, как высоко они могут вращаться.
Это потому, что ротор… ну, вращается, а не совершает возвратно-поступательные движения. Таким образом, каждая часть цикла сгорания продолжает двигать ротор в одном и том же направлении, а не преодолевать инерцию поршня, чтобы остановить его и отправить обратно туда, откуда он пришел. Во время вождения это означает четкую реакцию на нажатие педали газа; при сборке, обслуживании и восстановлении это означает некую простоту, с которой не могут сравниться даже старые детройтские V8.
Роторному двигателю не нужны коленчатые валы, шатуны или сложные клапанные механизмы. На самом деле, в клапанах нет необходимости — ротор берет на себя всю работу с несколькими портами.
Итак, когда приходит время настраивать роторный двигатель, это означает доставать Дремель и веселиться с впускными и выпускными отверстиями. Хотя это, очевидно, возможность настройки поршневого двигателя с возвратно-поступательным движением, вы делаете больше, чем вы думаете, изменяя порты на роторном — вы также фактически меняете синхронизацию.
Так что, если вам нужны вышеупомянутые BRAP-BAP-BAP и так далее, они появятся только после того, как вы повозитесь с впускным и выпускным отверстиями для большего потока воздуха и большего перекрытия. Итак, теперь вы знаете — за бредом стоит наука.
Чем плох роторный двигатель?
Не слишком ли сильно мы ударим по ротору, если скажем, что расход топлива не уступает Конкорду, срок службы можно измерить секундомером, а крутящего момента едва хватает, чтобы сорвать винт с крестообразным шлицем? Ну, да. Не хочу звучать как апологеты Spinning Dorito или что-то в этом роде, но все не так уж и плохо.
Здесь применима часто повторяемая поговорка «ничто в жизни не бывает бесплатным» — роторные двигатели имеют ряд преимуществ перед поршневыми двигателями, но это означает принятие определенных сопутствующих недостатков. В двух словах, это обычно расход топлива (и масла), более короткие интервалы между необходимостью серьезного механического вмешательства и просто ощущение того, что вы управляете чеховским пистолетом конфигураций двигателя.
Это будет взрыв; именно там, где в пятом акте происходит тревожная часть.
В интересах баланса мы должны указать, что любой механически склонный к управлению а) классическим автомобилем или б) мотоциклом для бездорожья сможет управлять автомобилем с роторным двигателем без каких-либо проблем. Конечно, полный двухроторный двигатель (или тройной, если вы удачливый нищий с Cosmo начала девяностых) будет более сложным, чем стандартный классический карбюраторный или одноцилиндровый двигатель, но образ мышления, который восстанавливает являются лишь частью опыта владения, уже есть у владельцев Triumph TR3 и трейлрайдеров.
Но, если вас интересует чуть больший промежуток между заменой апексных уплотнений (самая распространенная большая работа на любом роторном двигателе, которая каждый раз включает в себя эквивалент операции на открытом сердце) (совершенно неофициальный) экспертный совет Часто это предварительное смешивание масла для двухтактных двигателей в топливном баке. Да, действительно.
Это для продления срока службы верхних уплотнений с дополнительной смазкой, по-видимому, даже несмотря на то, что роторные двигатели уже имеют впрыск масла. Очевидно, недостаточно, или в достаточно равномерном распределении по верхнему уплотнению.Кроме того, давайте рассмотрим очевидные опасения, которые могут возникнуть у вас по поводу работы вашего RX-8 на двухтактном: при соотношениях, которые, по словам эксперта, которого мы спросили, соотношение было около 1: 400. Это часть вашего среднего двухтактного двигателя, и не заблокирует форсунки или грязные свечи зажигания Грета может захотеть поговорить с вами, пожалуйста.0003
Когда Mazda собирается превратить RX-Vision в RX-9, чтобы я мог воплотить свои мечты о квадроцикле в дороге?
Хотя мы мало что хотели бы больше, чем то, чтобы Mazda придала роторному двигателю четырехроторную лебединую песню со скоростью вращения 10 000 об/мин – особенно если он прибыл в такой великолепной форме, как RX-Vision – есть все шансы, что мы приходится утешаться виртуальной версией в Gran Turismo Sport.
Но это не значит, что мастерам двигателей Mazda эта идея тоже не нравится; в то время как Mazda разрабатывала роторный двигатель для MX-30 R-EV, извлекая выгоду из его небольшого размера и малого веса, используя его в качестве расширителя диапазона, очевидный вопрос был … ну, очевидно, немного обсуждался.
В конце концов, как сказал гадюк в Mazda: «Мечта инженеров состоит в том, чтобы когда-нибудь у нас была спортивная машина с роторным двигателем». Плюс годы, прошедшие с момента изобретения современного двигателя внутреннего сгорания, было создано бесчисленное множество различных конструкций: 2-, 4- и даже 6-тактные, рядные, V-образные, W, X, H и горизонтально-оппозитные цилиндры, формы камеры сгорания от плоской до полусферической, а также всевозможные конфигурации клапанов и распределительных валов.Технологическая скороварка военного времени породила такие странности, как роторно-поршневые двигатели Великой войны, которые вращали весь картер и цилиндры вокруг кривошипа, прочно закрепленного болтами.
нос самолета. Те эволюционировали в радиальные двигатели со стационарными картерами, кульминацией которых стали массивные 28-цилиндровые звери с рабочим объемом более 4000 кубических дюймов и мощностью 4300 лошадиных сил к концу вторая мировая война. Затем была действительно странная «дельтовая» конструкция, в которой по углам треугольника располагались три коленчатых вала, каждый из которых приводился в движение поршнями, которые двигались против друг друга, и вообще без головки блока цилиндров.
Это своего рода механизм, который кажется переработанным из разбившегося НЛО или взятым прямо из ветхозаветной книги Иезекииля по сравнению с поршневым двигателем .
Но какую бы форму не принимал даже самый странный из этих двигателей, все они имели одну конструктивную особенность, которую Николаус Отто, создатель первого современного двигателя внутреннего сгорания, мгновенно узнал: поршень, совершающий возвратно-поступательные движения вперед и назад.
в отверстии цилиндра, преобразуя линейное движение во вращение через шатун и коленчатый вал. Эта концепция настолько проста и элегантна, но настолько хорошо подходит для этой задачи, что подавляющее большинство двигателей внутреннего сгорания используют ее. Несмотря на то, что с годами они усложнялись благодаря новым материалам и технологиям производства, приличные поршневые двигатели можно изготовить, используя самые элементарные навыки проектирования и довольно простые станки. Из-за того, насколько сложно построить «лучшую мышеловку», чем поршневой двигатель, почти все попытки так или иначе терпели неудачу и были забыты, за одним заметным исключением: роторный двигатель Ванкеля.
Неподвижная шестерня на боковой стороне корпуса входит в зацепление с зубчатым венцом внутри ротора, так что при каждом полном обороте ротора эксцентриковый вал поворачивается три раза. Фото предоставлено: Fred The Oyster через Wikimedia Commons Это своего рода механизм, который выглядит так, как будто он был реконструирован из разбившегося НЛО или взят прямо из ветхозаветной книги Иезекииля по сравнению с поршневым двигателем. Но важно то, что движение ротора внутри корпуса вызывает полезное изменение объема между поверхностью ротора и корпусом, точно так же, как подъем и опускание поршня в отверстии цилиндра. Хотя Ванкель подал свой первый патент на роторный двигатель в 1929, ему потребовалось до 1957 года, чтобы разработать рабочий прототип, работая в немецкой автомобильной компании NSU. Его первоначальный прототип, хотя и использовал тот же общий принцип, что и роторные двигатели, с которыми мы знакомы сегодня, был несколько более сложным с корпусом ротора, который вращался внутри внешнего кожуха, а также с подвижным ротором внутри.
Фото предоставлено: Detectandpreserve через Викисклад57, и именно эта конструкция превратилась в практичный автомобильный двигатель. Заинтригованные потенциалом Ванкеля, производители автомобилей со всего мира, в том числе AMC, Ford, General Motors, Citroën, Mercedes-Benz и даже Rolls-Royce, лицензировали дизайн для разработки своих версий, но, в конце концов, Mazda стала лидером. единственная компания, производящая роторы Ванкеля в значительных количествах. Хотя роторный двигатель имел некоторые существенные преимущества перед обычными поршневыми двигателями, он также имел несколько недостатков, присущих конструкции, а также несколько нетривиальных технических препятствий, которые необходимо было преодолеть, прежде чем он стал пригодным для массового производства.
В чем-то вы выигрываете, в чем-то проигрываете
С положительной стороны, Ванкель работал с плавностью, с которой не мог сравниться ни один поршневой двигатель.
В телевизионной рекламе Mazda использовала запоминающуюся народную песню с припевом: «Поршневой двигатель гудит (боинг, боинг, боинг), двигатель Mazda гудит «хм», чтобы подчеркнуть этот атрибут. Отсутствие возвратно-поступательных частей также означало, что Ванкельс мог безопасно крутить числа оборотов в минуту, которые приводили бы к плаванию клапанов на любом обычном поршневом двигателе производственной линии, ограниченном только силой ротора и стационарных шестерен, а также тем, что приводимые в действие двигателем аксессуары, такие как генератор переменного тока и вода насос выдержит.
По своим размерам и весу роторы чрезвычайно компактны и легки для своей выходной мощности. Хотя их рабочий объем обычно описывался с точки зрения одной камеры на каждый объем ротора (что делает вездесущие роторные двигатели Mazda 12A и 13B номинально 1,2 или 1,3 литра), тот факт, что было три таких камеры для каждого ротора, делал их более похожими на двигатель с удвоенным рабочим объемом.
…Борьба NSU по созданию серийных роторных двигателей, которые не выбрасывали части апексного уплотнения из выхлопной трубы, была основной причиной, по которой Ванкель быстро завоевал репутацию ненадежного двигателя .
Что касается недостатков, то первой проблемой, с которой сталкивается любой, кто пытается сделать двигатель Ванкеля практичным в качестве двигателя серийного автомобиля, является создание эффективных и долговечных уплотнений. В обычном поршневом двигателе зазор между поршнем и стенкой цилиндра герметизируется пакетом колец, который использует комбинацию давления газа, направленного в кольцевые зоны, и перепада давления между областью над и под самим кольцом для динамической нагрузки на поршень. верхнее кольцо и держите его в правильном натяжении. В то время как современная конструкция поршневых колец и используемые материалы стали очень сложными и изощренными, простые железные кольца с квадратным профилем вполне справятся со своей задачей, если вы не пытаетесь выжать последние несколько процентов мощности и эффективности.
В качестве бонуса круглые кольца также легко изготовить с точными допусками.
Это не относится к Ванкелю. Взгляд на то, как ротор колеблется в корпусе, говорит о том, что вам понадобятся три длинных, плавно изогнутых уплотнения по обеим сторонам ротора, а также три уплотнения в вершинах каждой точки треугольника ротора для разделения отдельных частей. камеры сгорания» друг от друга. В то время как боковые уплотнения не представляли большой проблемы, создание уплотнителей вершин, которые были бы достаточно прочными для серийного автомобиля, оказалось настоящей проблемой. Борьба NSU за создание серийных роторных двигателей, которые не выбрасывали куски верхнего уплотнения из выхлопной трубы, была основной причиной того, что двигатель Ванкеля быстро завоевал репутацию ненадежного двигателя.
Транспортное средство: Mazda Cosmo, первый серийный автомобиль компании с роторным двигателем Ванкеля постоянно смазываются маслом, выбрасываемым из подшипников шатуна при вращении коленчатого вала, нет удобного способа нанести смазку на верхние уплотнения.
Решение пришло путем впрыскивания небольшого количества моторного масла во впускной воздушный поток, что дало тот же конечный результат, что и предварительно смешанное топливо и масло для двухтактного внедорожного мотоцикла или бензопилы.В конце концов, роторные двигатели принесли больше проблем, чем пользы, даже для Mazda, по крайней мере, с точки зрения использования серийных автомобилей.
К сожалению, примерно в то же время, когда Mazda разобралась с этой проблемой, нефтяной кризис 1973 года привел к стремительному росту цен на топливо, и в США к стандартам выбросов стали относиться серьезно. Этот двойной удар поразил Ванкеля там, где он жил: хотя двигатели были эффективными с точки зрения размера и веса для их выходной мощности, их удельный расход топлива при торможении (количество газа, необходимое для производства определенного количества лошадиных сил) был низким по сравнению с двигателем. обычный поршневой двигатель и необходимость постоянного впрыска небольшого количества масляного тумана в двигатель неизбежно приводят к неизбежным более высоким выбросам углеводородов.
Термодинамика — суровая хозяйка
Как оказалось, поршневой двигатель с цилиндрическими отверстиями — это наилучшая практическая форма для удержания тепла внутри камеры сгорания, поскольку он имеет наименьшую площадь поверхности для любого заданного объем. Тайное геометрическое волшебство, которое делает Ванкеля даже возможным, также диктует, что постоянно меняющаяся форма камеры сгорания будет иметь большую площадь поверхности для рабочего объема двигателя, а это означает, что непропорциональное количество тепловой энергии от сжигания топлива закончится. соскальзывает в роторы, боковые кожухи или торцевые пластины вместо того, чтобы выполнять полезную работу. Этот неизбежный факт означал, что роторные двигатели никогда не смогут сравниться с экономичностью обычного поршневого двигателя, даже если они будут установлены в автомобиле, оптимизированном для легкого веса Ванкеля.
Фото предоставлено: Encyclopedia Brittanica В конструкции роторного двигателя есть и другие причуды — из-за этой камеры сгорания странной формы Mazda использовала две свечи зажигания на ротор со смещенным опережением зажигания, чтобы обеспечить полное сгорание воздушно-топливного заряда.
Автомобиль: Mazda RX7 Шины: Milestar MS932 Sport
The Wankel Legacy
В конце концов, роторные шины принесли больше проблем, чем пользы, даже для Mazda, по крайней мере, с точки зрения использования серийных автомобилей. Конец линии для почтенного оригинального 13B, который оставался в производстве в течение удивительных трех десятилетий, наступил с прекращением производства FD RX-7 после 2002 модельного года. К тому времени 13B-REW превратился в двухтурбинный 280-сильный сантехнический кошмар с вакуумными линиями и оборудованием для контроля выбросов, который был далек от простоты, обещанной оригинальной конструкцией Ванкеля.
Фото: Mazda
Mazda RX-8, 2004 г. Введение во всем мире
Mazda RX-8, 2004 г. World Wide Introduction
…настоящим наследием конструкции двигателя, вдохновленной герром Ванкелем, является безошибочно узнаваемый звук трехроторного двигателя с периферийным портом, ударяющегося о ограничитель оборотов на гоночной трассе, который звучит как что-то среднее между пулеметом и концом мира.
Фото: Джаред Ауслендер Mazda продолжает экспериментировать с конструкцией двигателя Ванкеля, демонстрируя такие вещи, как роторные двигатели на водородном топливе, которые горят намного чище, чем бензиновые конструкции в концептуальных автомобилях, но маловероятно, что мы когда-либо увидим широкое распространение.