18Авг

Роторный двигатель принцип работы фото: Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем

Содержание

принцип работы. Плюсы и минусы роторного двигателя

В 1957 году немецкие инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде продемонстрировали первый работоспособный роторный двигатель. Уже через семь лет его усовершенствованная версия заняла место под капотом немецкого спорткара «NSU-Спайдер» — первого серийного автомобиля с таким мотором. На новинку купились многие автомобильные , «Ситроен», «Дженерал моторс». Даже ВАЗ многие годы мелкими партиями выпускал машины с двигателями Ванкеля. Но единственной компанией, которая решилась на крупносерийное производство роторных двигателей и не отказывалась от них долгое время, несмотря ни на какие кризисы, стала «Мазда». Ее первая модель с роторным мотором — «Космо Спортс (110S)» — появилась еще в 1967 году.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах. После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Применение

Перспектива у этих двигателей есть. Как только остановим засилье нефтяных компаний, и мир перейдёт на водородное топливо.

К тому же роторный двигатель, работающий на водороде, не подвержен детонации.Первый автомобиль с таким двигателем был спорткар NSU Spider, он мог двигаться со скоростью до 150 км/час, имея мощность мотора 57 лошадок.

Массово выпускался автомобиль с роторным двигателем компанией NSU – седан Ro-80. Также такими моторами оснащались: Citroen (GS Birotor), Chevrolet (Corvette), Mercedes-Benz (С111), ВАЗ (21018) и некоторые другие.

Самые массовый автомобиль японской компании Mazda, это Mazda RX8. Производство последней из них в версии Spirit R, свернуто в 2012 году из-за выбросов движка, которые не отвечали европейским стандартам.

Правда, компания уже создала современный роторный двигатель Renesis 16X, который соответствует международным экологическим стандартам. В нем значительно переработана топливная система впрыска – теперь горючее расходуется намного экономнее. Корпус движка изготовили из алюминиевого сплава. Также создан агрегат, который работает и на водороде.

Последняя разработка с роторным двигателем ‒ Premacy Hydrogen RE Hybrid в принципе ни в чем не уступает другим новинкам мирового автопрома.

Кстати, многие производители самолетов предпочитают поршневым бензиновым двигателям роторные, например, такие как Skycar и Schleicher.

Думаю, пример роторного двигателя подтверждает истину, что не популярный, не значит – плохой. Просто его время ещё не наступило.

До новых встреч.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Ротор

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Конструктивные особенности

Теперь познакомимся с узлами и деталями двигателя. Это поможет более точно понять как работает устройство.

В его составе присутствуют: системы зажигания, питания (в том числе карбюратор), охлаждения, которые напоминают те, что используются в поршневом варианте. Но есть и уникальные элементы.

Ротор содержит три выпуклых поверхности с углублениями, которые увеличивают рабочий объем. На углах расположены однонаправленные уплотнительные пластины. Они обеспечивают герметизацию пары ротор-корпус.

Еще предусмотрены стальные кольца с каждой стороны, для отделения рабочей камеры от картера.

Также у ротора есть в центре с одной стороны зубчатый венец. Через эту зубчатую передачу снимается крутящий момент.

Корпус роторного движка напоминает многослойный пирог. Он состоит из крышек, рабочих камер, разделительных стенок. Предусмотрено две камеры, разделенные стенкой и с двух сторон крышки.

Внутри корпус представляет собой сложную форму типа овала, с компенсирующими отливами, которые отвечают за герметизацию всех трех камер разделяемых ротором.

Выходной вал имеет два эксцентрика, так как на валу установлены два ротора, работающие в противофазе – на одном цикл выброса отработавших газов, на втором цикл забора смеси.

Использование двух аналогичных узлов исключает возникновение биений и уменьшает детонацию.

При смещении эксцентриков и перемещении каждого ротора по стенкам корпуса, они проворачивают вал.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
  • выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Принцип работы

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Схема устройства РПД

В конструкцию РПД входят следующие элементы:

  1. Ротор с 3 выпуклыми гранями, выполняющими функции поршня. За счет углублений увеличивается скорость вращения, образуется больше пространства для воздушно-топливной смеси.
  2. Пластины из металла, закрепленные на вершинах каждой из сторон. Их предназначение — формирование полостей в корпусе, где происходят рабочие процессы силовой установки.
  3. 2 металлических кольца на гранях ротора служат для образования камерных стенок.
  4. В центре конструкции располагаются 2 больших колеса с большим количеством зубьев, вращающихся вокруг шестерней меньшего диаметра. Зубчатая передача соединена с приводным устройством, закрепленном на выходном валу. Направление и траектория движения внутри камеры зависят от этого соединения.
  5. Корпус ротора. Изготавливается в форме условного овала. Такая конфигурация обеспечивает постоянный контакт вершин треугольника со стенками капсулы, создавая 3 изолированных объема газа.
  6. Окна впрыска и выхлопа. Клапанов не имеют. Впускное отверстие соединено с системой подачи топлива, а выпускное — с выхлопной трубой.
  7. Выходной вал с эксцентриковой конструкцией. На нем расположены особые кулачки, смещенные относительно осевой линии. На каждый из этих выступов надевается отдельный ротор. Благодаря несимметричной установке, происходит неравномерное распределение силы давления. Это приводит к образованию крутящего момента, вызывающего стабильную работу силовой установки, основанную на оборотах вала.

5 основных слоев, скрепленных по окружности длинными шурупами, составляют стандартную конструкцию двухроторного двигателя. При этом создаются условия для свободной циркуляции охлаждающей жидкости внутри системы. Движущиеся части, представленные 2 роторами и эксцентриковым выходным валом, располагаются между 2 стационарными участками.

Мощность и ресурс

По сравнению со стандартным ДВС, роторный агрегат характеризуется большей удельной мощностью, которая измеряется в л.с./кг. Это объясняется меньшей массой подвижных деталей, составляющих конструкцию РПД. Обоснование — отсутствие газораспределительного механизма, клапанной системы, коленчатого вала и шатунов.

Кроме того, однороторный двигатель преобразует энергию сгорания топлива во вращательное движение на протяжении ¾ тактов рабочего цикла. Для поршневых моторов этот показатель снижен до ¼.

В результате при вместимости цилиндров 1,3 л современный РПД серийного производства развивает мощность до 220 л.с. А если базовая конструкция дополнена турбинным надувом, то до 350 л.с.

До 2011 г. только японские промышленники концерна «Мазда» выпускали автомобили с двигателями роторного типа. А потом и они сняли агрегат с производства. Вероятная причина — заниженный ресурс силовой установки. До первого капитального ремонта транспортные средства проезжают всего 100 тыс. км. При аккуратном стиле вождения и бережном отношении пробег увеличивается до 200 тыс. км.

Уязвимое звено — уплотнители ротора, страдающие от перегрева и высоких нагрузок. Кроме этих факторов на них оказывают негативное влияние детонация и износ подшипников, расположенных на эксцентриковом валу.

Автора!

Создателем известного нам РПД принято считать Феликса Ванкеля, однако сам он предлагал несколько иную конструкцию: в его двигателе ротор и корпус вращались вокруг неподвижного вала. Такая схема упрощала работу уплотнительных соединений камер сгорания и не требовала противовесов для уравновешивания, хотя при этом возникали огромные проблемы с подводом впускных и выпускных каналов, а также с передачей напряжения на вращающие свечи. Поэтому в серию пошел РПД, предложенный Вальтером Фройде, в то время как Ванкель сосредоточился на исследованиях механических уплотнений.

Проблемы доставляет и очень неравномерный нагрев корпуса. Это в поршневом двигателе вспышки чередуются по цилиндрам, а после рабочего хода камера охлаждается на такте впуска. В роторном же вспышки происходят только в одной части двигателя, причем происходят постоянно, в то время как противоположная часть непрерывно охлаждается всасываемым воздухом. Такой перепад температур деформирует картер двигателя, заставляя еще на этапе проектирования учитывать это отклонение формы в процессе прогрева. Разумеется, все это не способствует лучшей работе уплотнительных соединений и долговечности материалов. В итоге преимущества конструктивной простоты РПД нивелируются его малым ресурсом – пробег до капремонта редко превышает 100 тыс. км.

Окончательным же приговором роторным двигателям стала экология. Низкая экономичность означает большие выбросы CO2, а неоптимальный процесс сгорания повышает уровни токсичных соединений, к которым подмешиваются еще и продукты горения масла. И все это на фоне повального стремления к экологической чистоте, на что автопроизводители расходуют огромные средства. В результате даже Mazda, потратившая немало усилий на раскрутку роторной идеологии, была вынуждена от нее отказаться.

Конец истории? Видимо, да. Но окончательно прощаться с роторными моторами все же рано: пускай им уже и не занять основное место под капотом, они вполне могут быть востребованы в качестве резервного генератора для подзарядки батарей электромобиля. Впрочем, все ДВС со временем ожидает та же участь.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
  2. Сжатия. Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
  3. Воспламенения. Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
  4. Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля не была простой, рано оставшись сиротой (отец будущего изобретателя погиб в первой мировой войне), Феликс не мог собрать средства для обучения в университете, а рабочую специальность не позволяла получить сильная близорукость.

Это побудило Ванкеля на самостоятельное изучение технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.

После войны она достается в качестве репарации французам, а сам изобретатель попадает в тюрьму, как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов «NSU» и продолжает исследования.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

Одни головоломки

Получается, что за счет отличного наполнения РПД оказывается все-таки сопоставим по литровой мощности с поршневым мотором, одновременно сильно уступая ему в экономичности. Тем не менее в равенство литровой мощности поначалу трудно поверить. Какой поршневой агрегат сравнится c ротором Mazda RX-8, выдающим 230 л.с. с двух секций общим объемом 1,3 л.? Это же 176 «лошадей» с литра!

Так-то оно так, но нужно помнить, что за один оборот вала роторный двигатель отрабатывает весь рабочий объем, а поршневой – только половину, причем и тот и другой способны выдать за этот оборот полную мощность. Таким образом, при сравнении удельной мощности объем поршневого двигателя справедливо делить на два. Возьмем, например, Nissan 350Z – одного из конкурентов RX-8. Его 300-сильный V6 имеет объем 3,5 л, то есть 1,75 л на одном обороте и 171 «лошадку» с литра. Практически как у RX-8! При этом, несмотря на 30-процентное преимущество в мощности и чуть более тяжелый кузов, он расходует столько же топлива в смешанном цикле, сколько и RX-8.

Пытаясь как-то снизить расход топлива в роторе, инженеры пробовали применить непосредственный впрыск, но неудачная форма камеры сгорания мешала организовать вихревое смесеобразование, лишая возможности работы на обедненной смеси. Задумывались и о дизельном топливе, но успеха это направление тоже не принесло: слишком велики нагрузки на ротор, да и уплотнение рабочих камер организовать труднее, ведь степень сжатия должна быть почти в два раза больше.

А уплотнения и без того, отдельная головная боль. Если в поршневом двигателе кольца всегда находятся под одним и тем же углом к поверхности трения, то в роторном рабочий угол радиальных пластин постоянно меняется. Меняется и усилие их прижима к поверхности корпуса – оно определяется центробежной силой, а потому сильно зависит от оборотов. А как организовать их смазку? Только впрыскиванием масла в рабочую камеру подобно двухтактным поршневым моторам. Но это влечет значительный расход масла на угар (около 1 л на 1000 км) и повышает риск закоксовывания уплотнений. Достаточно сказать, что именно из-за того, что оказалось невозможно хорошо герметизировать рабочие камеры, было отброшено множество других более замысловатых роторных конструкций, обладавших рядом преимуществ. В привычном же нам РПД задачу удалось до некоторой степени решить, хотя уплотнения все же остаются слабым местом мотора.

Виды преобразователей

Почему так важно рассмотреть виды, чтобы понять, чем отличается статор электродвигателя от подвижной его части. Все дело в том, что конструктивных особенностей у электродвижков немало, то же самое касается и генераторов (это преобразователи механической энергии в электрическую, электродвигатели имеют обратную функциональность).

Итак, электрические двигатели делятся на аппараты переменного и постоянного тока. Первые в свою очередь разделяются на синхронные, асинхронные и коллекторные. У первых угловая скорость вращения статора и ротора равны. У вторых два эти показателя неравны. У коллекторных видов в конструкции присутствует так называемый преобразователь частоты и количества фаз механического типа, который носит название коллектор. Отсюда и название агрегата. Именно он напрямую связан с обмотками ротора двигателя и его статора.

Машины постоянного тока на роторе имеют тот же коллектор. Но в случае с генераторами он выполняет функции преобразователя, а в случае с электродвигателями функции инвертора.

Если электрический агрегат – это машина, в которой вращается только ротор, то его название – одномерный. Если в нем вращаются в противоположные стороны сразу два элемента, то этот аппарат носит название двухмерный или биротативный.

Знакомство с оборудованием

Незнакомое слово «рекуператор» происходит от латинского «recuperatio», которое означает «возвращение». В нашем случае это часть тепла зимой или прохлады летом. Роторный рекуператор, как и его пластинчатый «коллега», совершает теплообмен: передает тепло от выходящего отработанного воздуха приточному холодному. Или, наоборот, забирает часть тепла от входящего, смешивая его с комфортными прохладными исходящими массами. Результат его рекуперативной зимней «деятельности» — снижение затрат на электроэнергию, тратящуюся на отопление помещений.

Устройство

Все приборы отличаются конструктивно, призваны выполнять свои задачи, которые в большей степени отличаются масштабами. Если сравнивать два популярных вида устройств — роторный и пластинчатый рекуператор, то последний предназначается для небольших помещений. Первый, герой этой статьи, способен справиться с более серьезной задачей — сделать комфортным помещение достаточно большой площади.

Рассматриваемый теплообменник состоит из стального оцинкованного (алюминиевого для небольших моделей) корпуса, ременного привода и ротора. Основа прибора — барабан, вращающийся с помощью двигателя. Этот цилиндр сделан из двух видов алюминиевой фольги: гладкой и гофрированной (60-120 мкм). Они намотаны друг на друга. В состав роторной конструкции входят осевые подшипники, датчик для контроля вращения ротора, а также уплотнительная лента, изолирующая воздушные потоки.

Внутри барабана располагаются каналы — коаксиальные и треугольные. Его устанавливают перпендикулярно движению воздушных масс. Исходящий воздух оставляет тепло в том секторе ротора, через который проходит. Вращаясь, прибор передает тепловую энергию приточным массам, а сам нагретый сектор охлаждается.

Характеристики

КПД роторных рекуператоров — 70-85% (87%). Помимо сохранения тепла устройства выполняют еще одну работу: они передают влагу. Для помещений, где постоянно повышен (или понижен) уровень влажности, такое дополнительное оборудование — наилучший вариант.

Полностью изолировать исходящие и входящие потоки друг от друга невозможно технически. Но такую задачу не ставят, потому что смешивается всего около 5%, либо цифра эта немногим больше. Есть возможность изменять скорость вращения теплообменника: для регулировки продуктивности используют преобразователи частоты.

Роторные конструкции более эффективны, чем их пластинчатые соперники, но из-за сложности конструкции и более высокого КПД стоят они совсем недешево. Однако оборудование, благодаря высокой эффективности, окупается за 1-2 года. Его устанавливают в качестве дополнительного элемента вентиляционной системы в помещениях средней площади: в гаражи, офисы, частные дома, на небольших складах.

Полноценное проведение диагностического осмотра мотора

Для того, чтобы осмотреть статор и другие центральные элементы электродвигателя, используют специальные козлы, оснащенные двумя катками в верхней своей части. Последние упрощают вращение деталей.

Самостоятельный ремонт мотора следует начинать с тщательного изучения всей технической документации. Далее определяется степень износа подшипников, обнаруживаются и устраняются иные дефекты.

Проверить ротор двигателя необходимо на предмет состояния всех металлических элементов, крепления пластин к валу, качества замкнутой проводки и, наконец, должного функционирования вентиляторов.

Технические работы ведутся с использованием набора специальных ключей, обыкновенного тестера и механизмов для подъема. Главное не забыть отключить мотор от сети. Все узлы очищаются от слоя пыли при помощи щеточек и обдуваются сжатым воздухом. В дальнейшем мелкие детали и все их крепления желательно складывать в отдельный ящик, чтобы избежать пропажи.

Ротор электродвигателя разбирается с учетом следующих рекомендаций. Как только щит будет отделен от корпуса двигателя, его сдвигают вдоль вала, стараясь не повредить изоляцию обмоток. Для этих целей используют картон высокой плотности, размещая его между статором и ротором, а впоследствии укладывая на него детали.

С вала также снимаются пружины и подшипники. Демонтируется обмотка короткозамкнутого типа и сердечник. Главным требованием при выемке ротора является аккуратное движение вдоль оси.

При проверке вентиляторов обращают внимание на целостность лопастей и надежность их крепления. Делается процедура при помощи молотка. Дефектные детали заменяются. Нельзя нарушать балансировку, поэтому перед осмотром необходимо сделать заметку на роторе, чтобы при сборе каждый элемент встал на свое место.

Расход масла

Также роторный двигатель очень требователен к обслуживанию.


Расход масла у него составляет более 500 миллилитров на 1 тысячу километров, что заставляет заливать жидкость каждые 4-5 тыс. километров пробега. Если вовремя не произвести замену, мотор попросту выйдет из строя. То есть к вопросу обслуживания роторного двигателя нужно подходить более ответственно, иначе малейшая ошибка чревата дорогостоящим ремонтом агрегата.

Ремонт

Ремонтные работы всего устройства выполняются с целью восстановления его функциональности и работоспособности. Иногда требуется замена некоторых деталей. Например, при нагреве статора по разным причинам, может образоваться нагар на конструкции якоря электродвигателя.

Последовательность шагов тогда следующая:демонтаж двигателя;

  • очистные работы;
  • разборка всех узлов;
  • восстановление поврежденных частей;
  • покраска;
  • сборка двигателя и проверка его в нагрузочном режиме.

Если оборудование представлено фазным типом, то требуются ремонтные работы отдельным его узлам, в том числе и щеточно-коллекторному.

Если стержень имеет трещины, то он подлежит восстановлению или замене. Делается это так: на месте трещины проводится надрез и высверливание отверстий от точки этого надреза до торца замыкающего кольца. Та часть, которая оказалась высверленной, заполняется медным сплавом.

Не стоит забывать и о проверке двигателя на обрыв и короткое замыкание. Сопротивление ротора и статора проверяются при помощи омметра, сверяясь при этом с техническими характеристиками в инструкции по эксплуатации. Однако прибор должен быть крайне чувствителен ввиду стремления сопротивления к нулю в обмотках мощных моделей моторов.

Сложность производства деталей

Кроме того, стоит отметить высокую стоимость производства деталей данного двигателя, которая объяснялась сложностью изготовления ротора. Для того чтобы данный механизм правильно прошел эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (для цилиндра в том числе). Поэтому при изготовлении роторных двигателей невозможно обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и особых знаний в технической области. Соответственно, все эти затраты заранее закладываются в цену автомобиля.

Существует ли тюнинг Renesis

Многие автовладельцы хотели бы несколько доработать роторный двигатель «Мазда RX8». Отзывы же говорят о нецелесообразности тюнинга. Это связано в первую очередь с его высоко стоимостью и сложностью. Влияет также и ресурс РПД, который и так достаточно низкий, а еще больше его уменьшить вряд ли кто-то захочет.

Именно поэтому на данный автомобиль чаще пытаются установить другой мотор, нежели тюнинговать этот. Правда, в большинстве случаев такие попытки ни к чему не приводят. РПД имеет небольшую массу, в данном случае 110 кг. Единственный более или менее вменяемый вариант — установить РПД от RX-7, который считается более живучим. Хотя 90% владельцев катаются на том, что поставили на заводе, то бишь в стоке, и остаются весьма довольны.

Поиск СТО — целая наука

Даже сегодня далеко не каждый автосервис возьмется за ремонт такого двигателя. В России таких СТО, может, и насобирается десяток, которые располагаются в основном в крупных городах, таких как Москва или Санкт-Петербург. Ну а что же делать владельцам такого автомобиля в провинции, совершенно непонятно. Это один из ключевых факторов, которые не дают людям покупать машины с подобным мотором.

Но даже если сервис с такими специалистами и найдется, то где же взять запчасти? Их придется заказывать и, скорее всего, ждать нужно будет долго. Конечно, роторный двигатель «Мазда RX8», ресурс которого и так невелик, может уменьшиться благодаря неквалифицированным сотрудникам сервиса. Поэтому куда-нибудь отдавать авто тоже не хочется. Скорее всего, и заявленная сумма на ремонт РПД будет просто удивительной, но это уже зависит от наглости конкретно взятого моториста.

Разновидности

На данный момент существует пять разновидностей данных типов агрегатов:

  1. Роторные моторы с возвратно-вращательными движениями вала.
  2. С равномерным вращением вала. При этом в его конструкции не используются какие-либо уплотнительные механизмы. Расположение камер сгорания у них спирального типа.

  3. Агрегаты с пульсирующе-вращательным движением, направленным в 1 сторону.
  4. С планетарным вращением вала, без уплотнительных элементов. Яркий пример тому – двигатель Ванкеля.
  5. РПД с равномерной работой рабочих элементов и спиральным типом расположения камер сгорания.

устройство, принцип работы, преимущества и недостатки


Роторный двигатель (РПД или роторно-поршневой двигатель), в отличие от традиционного поршневого ДВС, проще в плане конструкции. Также данный тип силовой установки имеет более высокий КПД. Соответственно, даже при небольшом рабочем объеме «отдача» от такого мотора достаточно высокая.

При этом РПД не получил широкого распространения в автомобильной индустрии. К сожалению, даже с учетом всех преимуществ, агрегат также имеет целый ряд недостатков. Далее мы рассмотрим, как устроен и работает роторный мотор, а также его сильные и слабые стороны.

Роторный двигатель: устройство и принцип работы РПД

Итак, роторный двигатель, который также называют двигатель Ванкеля в честь его создателя, представляет собой достаточно обособленный тип ДВС. При этом данный вид двигателей устанавливался на разные авто (например, роторный двигатель ВАЗ, роторный двигатель Мазда и т.д.), однако в большей степени популяризировали агрегат именно Mazda благодаря спорткару Мазда RX‑8 с роторным двигателем 13B-MSP.

Если коротко, в обычном поршневом моторе энергию от сгорания топлива в цилиндрах преобразует в возвратно-поступательное движение громоздкая поршневая группа, после чего происходит дальнейшее преобразование во вращательное движение (вращение коленвала).

В свою очередь, в роторном моторе нет ЦПГ, преобразование энергии происходит фактически «напрямую», то есть практически без потерь. Само собой, на Мазда роторный двигатель стал достаточно мощным «сердцем» с выдающимися характеристиками.

Примечательно то, что бензиновый атмосферный роторный мотор с рабочим объемом всего лишь 1.3 литра (13B-MSP) с 2 роторами в виде секций выдавал 192 лошадиных силы. В то же время его форсированная версия позволяла снять уже 231 «лошадку».

  • Если рассматривать конструкцию, двигатель получил 5 корпусов, в результате чего были образованы 2 камеры. Указанные камеры, подобно цилиндрам, предназначены для сгорания топливно-воздушной смеси. Энергия сгорания топлива вращает роторы, которые закреплены на эксцентриковом валу, который напоминает коленвал обычного ДВС.

При этом движение ротора сложное, так как ротор не вращается, а фактически «обкатывается» своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, которая прикреплена в центре одной из боковых стенок камеры. Сам эксцентриковый вал проходит через все корпуса и стационарные шестерни. Вращение ротора, точнее, его вращательное движение происходит так, что на 1 его оборот приходится 3 оборота эксцентрикового вала.

Еще примечательно то, что хотя в роторном моторе также есть циклы впуска, сжатия, рабочего такта и выпуска, механизм ГРМ максимально упрощен. Отсутствует привод газораспределительного механизма, нет распределительных валов, а также и самих клапанов.

Все необходимые функции реализованы счет впускных и выпускных окон, которые выполнены в боковых стенках. На деле, ротор во время вращения открывает, а также закрывает эти окна. Чтобы было понятно, давайте рассмотрим принцип работы роторного двигателя на примере агрегата с одной секцией.

  • Итак, боковые стороны ротора вместе со стенками корпусов формируют рабочую полость. Кода ротор двигателя находится в начальном положении, по объему полость небольшая (это начало такта впуска). Далее, вращаясь, ротор, открывает впускные окна, в результате в камеру попадает рабочая топливная смесь. Когда полость достигает максимального объема, ротор перекроет впускные окна, после чего начнется такт сжатия (полость начнет уменьшаться).

В момент, когда объем полости снова минимален, за счет искры от свечи произойдет воспламенение смеси и начнется рабочий такт. Далее энергия сгорания топлива вращает ротор, после чего ротор перейдет в положение, при котором открываются выпускные окна (осуществляется выпуск отработавших газов). После выпуска весь цикл повторяется.

Другие полости будут работать точно так же. С учетом того, что полостей 3, за один оборот ротора произойдет 3 рабочих такта. Более того, эксцентриковый вал вращается быстрее ротора в 3 раза. Результат — по одному рабочему такту на один оборот вала мотора с одной секцией. Вполне очевидно, что поршневой четырехтактный ДВС с одним цилиндром имеет соотношение в 2 раза ниже по сравнению с роторным.

Получается, если сопоставить число рабочих тактов на оборот вала, тогда двухсекционный 13B-MSP напоминает обычный поршневой мотор на 4 цилиндра, однако при объеме 1.3 л двигатель такой же мощный, как и поршневой агрегат с объемом чуть более 2.5 литров. Еще добавим, что роторный мотор имеет намного более высокую детонационную стойкость, что позволяет превратить этот мотор в двигатель на водороде.

Смесеобразование

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

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

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

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

Конструктивные особенности роторного мотора

Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).

Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.

Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.

  • На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.

Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.

Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.

Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.

Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.

Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси, используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.

Свечи зажигания

Две свечи на каждую секцию необходимы, чтобы «прожечь» длинную камеру сгорания. Свечи зажигания иридиевые и срабатывают последовательно. Свечи в каждой паре разные и важно не перепутать их при установке. Нижняя свеча является запальной, а верхняя – дожигательной. Свечи зажигания нужно менять каждые 30 000 км. Комплект свечей NGK обойдется в сумму порядка $140. Оригинальный комплект (N3Y318S309U) — $200-260.

До 2006 года роторный двигатель 13B-MSP мог залить свечи во время запуска. Владельцам приходилось выкручивать свечи, вынимать предохранитель бензонасоса и крутить стартером до тех пор, пока ротор не проветрит секции.

До сих пор важно помнить, что свечи могут оказаться залитыми, если двигатель заглушить на холодную. Этот мотор стоит глушить хорошо прогретым. Также знатоки рекомендуют глушить этот мотор… раскрутив его до 5 000 об/мин, после чего нужно выключить зажигания.

Свечи зажигания соответственно: запальная, дожигательная, запальная, дожигательная

Выбрать и купить бензиновые форсунки и топливную рампу для двигателя Mazda, вы можете в нашем каталоге контрактных запчастей.

Недостатки роторного двигателя

На старте продаж роторная Мазда пользовалась активным спросом, так как автомобиль привлекал автолюбителей своим необычным и мощным двигателем (особенно форсированные версии с мощностью около 500 л.с.). Однако немного позже владельцы уже на относительно небольших пробегах столкнулись с первыми проблемами и минусами данного типа ДВС.

Основные недостатки — большой расход топлива и относительно низкий ресурс роторного двигателя 13B-MSP. В идеальных условиях силовая установка данного типа способна выходить около 100 тыс. км пробега. Что касается реальной эксплуатации, часто моторы приходили в негодность уже к 50-60 тыс. км. пробега.

Обычно первыми выходят из строя уплотнения ротора. Причина вполне очевидна, так как уплотнения находятся под высокими нагрузками и сильно нагреваются. Также дает о себе знать и детонация, износ подшипников эксцентрикового вала, роторов и т.д.

  • Примечательно то, что первыми сдаются апексы (уплотнения на торцах), тогда как боковые уплотнители ходят намного дольше. В результате износа апексов, а также их установочных мест на роторе, в двигателе падает компрессия, углы уплотнителей могут отваливаться, повреждая поверхности статора.

Также следует отметить быстрый выход из строя коренных вкладышей эксцентрикового вала. С учетом того, что вал осуществляет вращение в 3 раза быстрее роторов, роторы несколько смещаются по отношению к стенкам статора, причем вершины роторов должны всегда быть удалены на одно расстояние от стенок.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гибридный двигатель автомобиля. Из этой статьи вы узнаете, как устроен и работает двигатель гибрид, а также что нужно знать о гибридном двигателе перед покупкой автомобиля с силовой установкой данного типа.

В результате, когда углы апексов выпадают, на поверхности статора неизбежно появляются задиры. При этом диагностика роторного двигателя сильно затруднена, так как, в отличие от обычного мотора, роторный двигатель не стучит в случае износа вкладышей.

Параллельно отметим, что на версиях данного мотора с наддувом работа агрегата на обедненной смеси приводит к перегреву апекса. Далее пружина, прижимающая апекс, просто гнет его и компрессия сильно снижается. Еще форсированные (роторные двигатели с наддувом) отличаются неравномерным нагревом корпуса.

В верхней части ДВС, где происходят такты впуска и сжатия, более холодные. В то же время нижняя часть, где протекает процесс сгорания смеси и выпуска раскаленных газов, нагревается намного сильнее. Результат – деформация корпуса форсированных версий.

  • Также отметим, что отдельно проявились и проблемы системы смазки. На практике, масляные форсунки в статоре часто загрязняются и перестают работать. При этом промыть клапаны форсунок не получается, то есть нужна замена. Если же вовремя проблема не была установлена, масляное голодание становится причиной сильного износа целого ряда элементов роторного двигателя.

При этом во всех случаях и независимо от причины, статор на практике восстановить практически не представляется возможным, а также следует отметить отсутствие ремонтных запчастей. Это значит, что если статор поврежден, восстановить двигатель очень сложно и дорого. То же самое касается и ротора. Если пазы под апексы повреждены, отремонтировать деталь практически невозможно.

Все это означает, что мотор фактически «одноразовый» и качественно его отремонтировать нет возможности. Единственный выход – покупка и установка нового двигателя, так как контрактные варианты в большинстве случаев тоже будут изношены и долго не прослужат. Само собой, купить роторный двигатель без пробега можно, но цена роторного двигателя будет высокой.

Масляные форсунки

Ресурс масляных форсунок ограничен – специалисты говорят о лимите в 50 000 км. О неисправности форсунок говорит… уменьшившийся темп расхода масла. Масляные форсунки рекомендуется диагностировать каждые 1-2 замены масла.

На дорестайлинговом двигателе 13B-MSP масляные форсунки оснащены обратным клапаном и сообщаются с атмосферой по трубке, которая входит во впускной тракт. Это необходимо, чтобы форсунки беспрепятственно впрыскивали масло во время разряжения в секции и не продавливались, когда в секции поднимается давление. Поэтому проверка форсунок сводится к определению утечек.

Можно просто снять воздушный шланг со впускного тракта и создать небольшой вакуум. Форсунки должны держать вакуум.

На рестайлинговом моторе форсунки уже не сообщаются с атмосферой. Их нужно снять и подать на них 3,5 бара. При этом они должны продуваться.

Советы и рекомендации

Прежде всего, роторный двигатель необходимо «кормить» только качественным высокооктановым бензином (не ниже АИ-98). Только качественное топливо позволяет избежать детонации, а также замедляет процесс накопления нагара на электродах свечей зажигания.

Еще следует помнить, что этот мотор предельно чувствителен не только к качеству, но и типу масла. Например, не рекомендуется лить синтетику, так как быстро скапливается нагар на апексах, компрессия падает. Заливать в такой мотор следует исключительно рекомендуемое самим производителем масло или подходящую по всем допускам «минералку».

Также замену масла нужно производить часто, масло в роторном моторе меняют каждые 4-5 тыс. км. Еще важно своевременно менять воздушный фильтр двигателя, так как его загрязнение может привести к закоксовке масляных форсунок системы смазки. Что касается свечей зажигания, лучше производить их замену каждые 10-15 тыс. км.

  • Как правило, основным признаком проблем роторного мотора является потеря компрессии, которая проявляется в затрудненном холодном пуске. Далее неполадки прогрессируют, мотор начинает плохо , так и на «горячую». Обычно в таком случае очевиден износ апексов, скопление отложений на электродах свечей зажигания и т.д.

В подобной ситуации необходимо срочно отправляться на диагностику к специалистам по ремонту ДВС данного типа. На практике, хотя ремонт сложный и дорогой, в последнее время в СНГ появилось несколько центров, специализирующихся на дефектовке и ремонте роторного двигателя с гарантией.

Как правило, в рамках ремонта выполняется замена статоров, уплотнений роторов, самих роторов и т.д. Конечно, ремонт не дешевый, но однозначно более доступный по сравнению с покупкой нового силового агрегата.

Напоследок отметим, как и поршневой двигатель, роторный мотор нуждается в прогреве перед поездкой. При этом пока мотор не выйдет на рабочие температуры, нагружать агрегат не следует. При таком подходе, а также в сочетании с качественным бензином и маслом, а также своевременном обслуживании, есть все шансы, что роторный двигатель Mazda RX-8 пройдет без ремонта около 80 или даже 100 тыс. км.

Катушки зажигания

На каждой секции роторного двигателя установлено по две катушки зажигания, каждая из которых соединена со своей свечей зажигания. При подключении высоковольтных проводов важно не перепутать какой провод к какой свече подлючается.

Катушки зажигания на роторном двигателе были слабым местом – они служили около 30 000 км. Инженеры Mazda два раза улучшали их – надёжность третьего варианта катушек зажигания уже вопросов не вызывает (N3h2-18-100C). Помимо оригинала в продаже есть хорошие и бюджетные заменители, также существуют варианты тюнингованных катушек зажигания. Катушки нужно сразу менять с высоковольтными проводами.

При проблемах с катушкой зажигания двигатель «стреляет» в глушитель.

Выбрать и купить катушки зажигания для двигателя Mazda, вы можете в нашем каталоге контрактных запчастей.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс, необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.

По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.

Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).

Куда обращаться при проблемах с движком

ДВС – это серьезно, так что лучше довериться профессионалам.
Некоторые проблемы можно решить самостоятельно, если вы уверены в своих силах и готовы выделить время. Опытные автовладельцы советуют тщательно оценить ситуацию. Почитайте форумы, где общаются владельцы таких же автомобилях. Найдите пошаговое видео с подробным описанием процесса.

Источники

  • https://mttunost.ru/rotornyi-dvigatel-princip-raboty-s-video-ystroistvo/
  • https://AvtoShef.com/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-v/
  • https://natapku.ru/ustrojstvo/rotornuy-dvigatel-princip-rabotu.html
  • https://remontautomobilya.ru/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-plyusy-i-minusy.html
  • https://zewerok.ru/dvigatel-vankelya/
  • https://wiki.zr.ru/%D0%A0%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%BE-%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%88%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
  • https://timeturbo.ru/catalog/dvigatel/dvigatel-vaz-v-sbore/
  • https://zen.yandex.ru/media/uremont/princip-raboty-rotornogo-dvigatelia–ustroistvo-nedostatki-i-preimuscestva-video-5ece3ff895e1880ba560b8c1

Разновидности

На данный момент существует пять разновидностей данных типов агрегатов:

  1. Роторные моторы с возвратно-вращательными движениями вала.
  2. С равномерным вращением вала. При этом в его конструкции не используются какие-либо уплотнительные механизмы. Расположение камер сгорания у них спирального типа.
  3. Агрегаты с пульсирующе-вращательным движением, направленным в 1 сторону.
  4. С планетарным вращением вала, без уплотнительных элементов. Яркий пример тому – двигатель Ванкеля.
  5. РПД с равномерной работой рабочих элементов и спиральным типом расположения камер сгорания.

Износ апексов

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

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

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля (15 фото+3 видео)

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

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


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

Существует легенда, что решение задачи пришло семнадцатилетнему Феликсу во сне. Правда это или нет — неизвестно. Зато очевидно, что Феликс обладал весьма незаурядными способностями к механике и «незамыленным» взглядом на вещи. Он понял, как все четыре цикла работы обычного двигателя внутреннего сгорания (впрыск, сжатие, сгорание, выхлоп) можно осуществить при вращении.
Довольно быстро Ванкель пришёл к первой конструкции двигателя, и в 1924 году он организовал небольшую мастерскую, которая также служила и импровизированной «лабораторией». Здесь Феликс и начал проводить первые серьёзные исследования в области роторно-поршневых ДВС.
С 1921 года Ванкель был активным членом НСДАП. Он выступал за партийные идеалы, был основателем всегерманского военного юношеского объединения и юнгфюрером различных организаций. В 1932 году он вышел из партии, обвинив одного из своих бывших коллег в политической коррупции. Однако по встречному обвинению ему самому пришлось провести в тюрьме шесть месяцев. Освободившись из заключения благодаря заступничеству Вильгельма Кепплера (Wilhelm Keppler), он продолжил работы над двигателем. В 1934 он создал первый опытный образец и получил на него патент. Он сконструировал новые клапаны и камеры сгорания для своего мотора, создал несколько различных его вариантов, разработал классификацию кинематических схем различных роторно-поршневых машин.



В 1936 году прототип двигателя Ванкеля заинтересовал BMW — Феликс получил деньги и собственную лабораторию в Линдау для разработки опытных авиадвигателей.
Впрочем, до самого разгрома фашистской Германии ни один двигатель Ванкеля в серию не пошёл. Возможно, на доведение конструкции до ума и создания массового производства требовалось слишком много времени.
После войны лаборатория была закрыта, оборудование вывезено во Францию, а Феликс остался без работы (сказалось былое членство в национал-социалистической партии). Однако вскоре Ванкель всё же получил должность инженера-конструктора в компании NSU Motorenwerke AG, являющейся одним из старейших производителей мотоциклов и автомобилей.

В 1957 году совместными усилиями Феликса Ванкеля и ведущего инженера NSU Вальтера Фрёде (Walter Froede) роторно-поршневой двигатель впервые был установлен на автомобиль NSU Prinz. Первоначальная конструкция оказалась далека от совершенства: даже для замены свечей требовалось разбирать почти весь «движок», надёжность оставляла желать лучшего, а про экономичность на данном этапе разработки и вовсе говорить было грешно. В результате испытаний в серию пошёл всё же автомобиль с традиционным ДВС. Тем не менее первый роторно-поршневой двигатель DKM-54 доказал свою принципиальную работоспособность, открыл направления для дальнейшей доводки и продемонстрировал колоссальный потенциал «роторников».
Таким образом, новый тип ДВС получил, наконец, свою путёвку в жизнь. В дальнейшем его ждёт ещё немало усовершенствований и доработок. Но перспективы роторно-поршневого двигателя настолько привлекательны, что инженеров уже ничто не могло остановить в деле доведения конструкции до эксплуатационного совершенства.



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

Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту «роторник» оказывается значительно проще обычного четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу деталей больше.
Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к «цилиндру» ленточными пружинами, а также центробежными силами и давлением газа.
Ещё одна его техническая особенность — это высокая «производительность труда». За один полный оборот ротора (то есть за цикл «впрыск, сжатие, воспламенение, выхлоп»), выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.



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


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


Картинка кликабельна:

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

Ещё одно важное преимущество — низкий уровень шумов и вибраций. Роторно-поршневой двигатель отлично уравновешен механически, кроме того масса движущихся частей (и их количество) в нём значительно меньше, благодаря чему «ванкель» работает гораздо тише и не вибрирует.
И, наконец, роторно-поршневой двигатель отличается великолепными динамическими характеристиками. На низкой передаче можно без особой нагрузки на движок разогнать автомобиль до 100 км/ч на высоких оборотах двигателя. Кроме того, сама конструкция «ванкеля» за счёт отсутствия механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, способна выдержать большие обороты, чем традиционный ДВС.




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


В компании Mazda после приобретения лицензии на «ванкель» был сформирован целый отдел, занимавшийся усовершенствованием роторно-поршневого двигателя. Довольно скоро выяснилось, что при вращении треугольного ротора, заглушки на его вершинах начинают вибрировать, в результате чего и образуются «метки дьявола».
В настоящее время проблему надежности и долговечности окончательно решили, применив высококачественные износостойкие покрытия, в том числе керамические.
Другая серьезная проблема — повышенная токсичность выхлопа «ванкеля». По сравнению с обычным поршневым ДВС «роторник» выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов, за счёт неполного сгорания топлива. Довольно быстро инженеры Mazda, уверовавшие в блестящее будущее «ванкеля», нашли простое и эффективное решение и этой проблемы. Они создали так называемый термальный реактор, в котором остатки углеводородов в выхлопных газах просто «дожигались». Первым автомобилем, реализовавшим такую схему, стал Mazda R100, также называемый Familia Presto Rotary, выпущенный в 1968 году. Эта машина, одна из немногих, сразу прошла весьма жёсткие экологические требования, выдвинутые США в 1970 году для импортируемых авто.

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



Стоит отметить, что в это время во всём мире машины с роторно-поршневыми двигателями выпускала только Mazda и… АвтоВАЗ.
Именно в провальном 1974 году советское правительство создает на Волжском автозаводе специальное конструкторское бюро РПД (СКБ РПД) — социалистическая экономика непредсказуема. В Тольятти начались работы по строительству цехов для серийного производства «ванкелей». Поскольку ВАЗ изначально планировался как простой копировальщик западных технологий (в частности, фиатовских), заводскими специалистами было принято решение воспроизводить двигатель Mazda, напрочь откинув все десятилетние наработки отечественных двигателестроительных институтов.
Советские чиновники довольно долго вели переговоры с Феликсом Ванкелем на предмет покупки лицензий, причем некоторые из них проходили прямо в Москве. Денег, правда, не нашли, и поэтому воспользоваться некоторыми фирменными технологиями не удалось. В 1976 году заработал первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с., еще пять лет ушло на доводку конструкции, после чего была выпущена опытная партия в 50 штук роторных «единичек» ВАЗ-21018, мгновенно разошедшихся среди работников ВАЗа. Тут же выяснилось, что двигатель только внешне напоминал японский — сыпаться он стал очень даже по-советски. Руководство завода было вынуждено за полгода заменить все двигатели на серийные поршневые, сократить на половину штат СКБ РПД и приостановить строительство цехов. Спасение отечественного роторного двигателестроения пришло от спецслужб: их не очень интересовал расход топлива и ресурс двигателя, зато сильно — динамические характеристики. Тут же из двух двигателей ВАЗ-311 был сделан двухсекционный РПД мощностью 120 л.с., который стал устанавливаться на «спецединичку» — ВАЗ-21019. Именно этой модели, получившей неофициальное название «Аркан», мы обязаны бесчисленным количеством баек про милицейские «Запорожцы», догоняющие навороченные «Мерседесы», а многие стражи порядка — орденами и медалями. До 90-х годов внешне непритязательный «Аркан» действительно легко догонял все машины. Помимо ВАЗ-21019 на АвтоВАЗе также выпускаются малые партии автомобилей ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Максимальная скорость роторной «восьмерки» составляет около 210 км/ч, а до сотни она разгоняется всего за 8 секунд.
Оживший на спецзаказах СКБ РПД стал делать двигатели для водного и автоспорта, где машины с роторными двигателями стали настолько часто завоевывать призовые места, что спортивные чиновники были вынуждены запретить применение РПД.
В 1987 году умер руководитель СКБ РПД Борис Поспелов и на общем собрании был выбран Владимир Шнякин — человек, пришедший в автомобилестроение из авиации и недолюбливающий наземный транспорт. Главным направлением СКБ РПД становится создание двигателей для авиации. Это была первая стратегическая ошибка: самолетов у нас выпускается несоизмеримо меньше автомобилей, а завод живет с проданных двигателей.
Второй ошибкой стала ориентация в сохранившемся производстве автомобильных РПД на маломощные двигатели ВАЗ-1185 в 42 л.с. для «Оки», хотя более прожорливые, но более динамичные роторные двигатели так и просятся на самые быстроходные отечественные машины — например, на «восьмерки». Те же японцы устанавливают «ванкели» только на спортивные модели. В итоге на российских дорогах оказалось всего несколько роторных микролитражек «Ока». В 1998 году был наконец-то подготовлен гражданский вариант двухцилиндрового роторного 1,3-литрового двигателя ВАЗ-415, который стали устанавливать на ВАЗ-2105, 2107, 2108 и 2109.



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


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


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


В настоящее время только Mazda занимается серьёзными исследованиями в области роторно-поршневых двигателей, постепенно совершенствуя их конструкцию, и большая часть подводных камней в этой области уже пройдена. «Ванкели» вполне соответствуют мировым стандартам по уровню токсичности выхлопа, потреблению топлива и надёжности. Для современных станков поверхности описанные эпитрохоидой не являются проблемой (как не являются проблемой и куда более сложные кривые), новые конструкционные материалы позволяют увеличить срок службы роторно-поршневого двигателя, а его стоимость уже сейчас оказывается ниже, чем у стандартного ДВС за счёт меньшего количества используемых деталей.
Как и NSU, Mazda в 60-е гг. была небольшой компанией с ограниченными техническими и финансовыми ресурсами. Основу ее модельного ряда составляли развозные грузовички да семейные малолитражки. Поэтому нет ничего удивительного, что спорт-купеMazda 110S Cosmo (982 см куб., 110 л. с., 185 км/ч) создавалось более 6 лет и оказалось весьма капризным и дорогим. Да и подпорченная NSU Ro80 репутация не способствовала ажиотажу (в 1967–1972 гг. нашли своих владельцев только 1175 «космосов»), но мировой интерес к 110S способствовал увеличению продаж всей остальной продукции фирмы!
Чтобы доказать, что РПД столь же надежен (его превосходство в мощности уже стало для всех очевидным), Mazda чуть ли не впервые в жизни приняла участие в соревнованиях, причем выбрала самую трудную и продолжительную гонку – 84-часовой Marathon De La Route, проходивший на Нюрбургринге. Как экипажу из Бельгии удалось занять 4-е место (вторая машина сошла с дистанции за три часа до финиша из-за заклинивших тормозов), уступив только «выросшим» на «Нордшляйфе» Porsche 911, похоже, так и останется загадкой.


Мастерская Ванкеля в Линдау


Хотя с тех пор японские «роторники» стали завсегдатаями гоночных трасс, крупного успеха в Европе им пришлось ждать 16 лет. В 1984-м британцы на RX-7 выиграли престижную суточную гонку в Спа-Франкошамп. А вот в США, на главном рынке «семерки», ее гоночная карьера складывалась куда успешнее: с момента дебюта в чемпионате IMSA GT в 1978 году и по 1992-й она выиграла в своем классе более сотни этапов, причем с 1982 по 1992 гг. первенствовала в главной гонке серии – 24 hours of Daytona.
В ралли у «Мазд» все шло не так гладко. Как это часто бывало с японскими командами (Toyota, Datsun, Mitsubishi), они выступали только на отдельных этапах раллийного чемпионата мира (Новая Зеландия, Великобритания, Греция, Швеция), интересующих в первую очередь маркетинговые отделы концернов. Национальных титулов хватало: так, в 1975–1980 гг. Род Миллен выиграл целых пять в Новой Зеландии и США. А вот в WRC успехи были исключительно локальными: лучшее, что показали RX-7, – 3-е и 6-е места в греческом «Акрополисе» 1985 года.
Ну а самым громким успехом Mazda вообще и РПД в частности стала победа ее спортпрототипа 787B (2612 см куб., 700 л. с., 607 Нм, 377 км/ч) в Ле Мане в 1991 году. Причем одолеть заводскиеPorsche, Peugeot и Jaguar помогли не только быстрые пилоты и конкурентоспособная техника: свою роль сыграла и настойчивость японских менеджеров, регулярно «выбивавших» для роторников всевозможные послабления в регламенте. Так, накануне победы 787-го организаторы гонки согласились компенсировать прожорливость «роторников» 170-килограммовым (830 против 1000) снижением массы. Парадокс заключался в том, что, в отличие от бензиновых моторов, «аппетит» РПД при дальнейшей форсировке рос куда более скромными темпами, чем у обычных поршневых моторов, и 787-й оказался экономичней своих основных конкурентов!


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


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


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


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


Возрождением интереса к РПД мы обязаны новому двигателю Mazda Renesis (от RE — Rotary Engine — и Genesis). За прошедшее десятилетие японским инженерам удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с предшественником, удалось сократить потребление масла на 50%, бензина на 40% и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухцилиндровый двигатель объемом всего 1,3 л выдает мощность в 250 л.с. и занимает гораздо меньше места в двигательном отсеке.
Специально под новый двигатель был разработан автомобиль Mazda RX-8, который, по словам брэнд-менеджера Mazda Motor Europe Мартина Бринка, создавался по новой концепции — автомобиль «строился» вокруг двигателя. В итоге развесовка по осям RX-8 идеальна — 50 на 50. Использование уникальной формы и маленьких размеров двигателя позволило поместить центр тяжести очень низко. «RX-8 не явяляется гоночным монстром, но это лучшая в управлении машина, которую я когда-либо водил», — с восторгом рассказывал Popular Mechanics Мартин Бринк.
Бочка меда…
Вне всяких сомнений, с первого взгляда роторно-поршневой двигатель имеет массу преимуществ перед традиционными двигателями внутреннего сгорания:
— Меньшим на 30-40% количеством деталей;
— Меньшими в 2-3 раза габаритами и массой, по сравнению с соответствующим по мощности стандартным ДВС;
— Плавная характеристика крутящего момента во всем диапазоне оборотов;
— Отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а, следовательно, гораздо меньший уровень вибрации и шума;
— Высокий уровень оборотов (до 15000 об/мин!).
Ложка дегтя…
Казалось бы, если «Ванкель» имеет такие превосходства над поршневым двигателем, то кому нужны эти громоздкие, тяжелые, гремящие и вибрирующие поршневые двигатели? Но, как это часто бывает, на практике все далеко не так шоколадно. Ни одно гениальное изобретение, выйдя за порог лаборатории, отправлялось в корзину с пометкой «для мусора». Серийное производство нашло не на один камень, а на целую россыпь гранита:
— Отработка процесса сгорания в камере неблагоприятной формы;
— Обеспечение герметичности уплотнений;
— Обеспечение работы без коробления корпуса в условиях неравномерного нагрева;
— Низкий термический КПД ввиду того, что камера сгорания РПД намного больше, чем у традиционного ДВС;
— Высокий расход топлива;
— Высокая токсичность газообразных продуктов сгорания;
— Узкая зона температур для работы РПД: при низких температурах мощность двигателя резко падает, при высоких — быстрый износ уплотнений ротора.


Источник: infoglaz.ru

Двигатель Ванкеля: устройство, принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания – гениальное изобретение человечества. Благодаря ДВС стал существенно развиваться технический прогресс. Существует несколько видов данных установок. Но наиболее известные – шатунно-поршневые и роторно-поршневые. Последний был изобретен немецким инженером Ванкелем в сотрудничестве с Вальтером Фройде. Данный силовой агрегат имеет другое устройство и принцип работы, если сравнивать с классическим шатунно-поршневым ДВС. Каков принцип работы двигателя Ванкеля и почему данный ДВС не стал таким популярным? Все это мы рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

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

После ряда экспериментальных моделей мотоциклов и автомобилей, которые пришлись на 70-е годы прошлого века, спрос на двигатель Ванкеля существенно снизился. Хотя на сегодняшний день ряд компаний все равно работает над совершенствованием данного ДВС. Так, можно встретить двигатель Ванкеля на «Мазде» серии РХ. Также данный агрегат нашел свое применение в моделизме.

Устройство двигателя Ванкеля

Данный силовой агрегат состоит из нескольких компонентов:

  • Корпуса (статора).
  • Камеры сгорания.
  • Впускного и выпускного окна.
  • Неподвижной шестерни.
  • Зубчатого колеса.
  • Ротора.
  • Вала.
  • Свечи зажигания.

Какой имеет двигатель Ванкеля принцип работы? Это мы рассмотрим ниже.

Принцип работы

Данный ДВС действует следующим образом. Ротор, насаженный на эксцентриковый вал через подшипники, приводится в действие от силы давления газов, что образовалась в результате сгорания топливновоздушной смеси. Ротор двигателя относительно статора посредством пары шестерен. Одна из них (большого размера) находится на внутренней поверхности ротора. Вторая (опорная) имеет меньшие размеры и намертво прикреплена к боковой крышке двигателя. Благодаря взаимодействию шестерен, ротор производит эксцентричные круговые движения. Таким образом, его грани соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания.

В результате между корпусом двигателя и ротором образуется несколько изолированных камер переменного объема. Их количество всегда составляет 3. В данных камерах происходит процесс сжатия смеси, ее горение, расширение газов (которые впоследствии оказывают давление на рабочую поверхность ротора) и их удаление. В результате воспламенения топлива, ротор приводится в действие, передавая усилия крутящего момента на эксцентриковый вал. Последний устанавливается на подшипниках и далее передает мощность на узлы трансмиссии. А уже затем момент сил двигателя Ванкеля идет на колеса по классической схеме – посредством карданной передачи и полуосей к ступицам. Таким образом, в роторном моторе работают одновременно несколько механических пар. Первая отвечает за движение ротора и состоит из нескольких шестерен. Вторая де преобразует движение ротора в обороты эксцентрикового вала.

Передаточное отношение статора (корпуса) и шестерен всегда стабильное и составляет 3:2. Таким образом, ротор успевает провернуться за полный оборот вала на 120 градусов. В свою очередь, за полный оборот ротора производится четырехтактный цикл работы двигателя внутреннего сгорания в каждой из трех камер, образуемых гранями.

Преимущества

Какие имеет плюсы данный ДВС? Роторно-поршневой двигатель Ванкеля имеет более простую конструкцию, нежели шатунно-поршневой. Так, число деталей в нем на 40 процентов меньше, чем в поршневом четырехтактном ДВС. Но все же создать двигатель Ванкеля своими руками не представляется возможным без сложного оборудования. Ведь ротор имеет очень сложную форму. Те, кто пытался сделать самодельный двигатель Ванкеля своими руками, терпели многочисленные неудачи.

Но продолжим о преимуществах. В конструкции роторного агрегата отсутствует коленчатый вал, газораспределительный механизм. Также здесь нет шатунов и поршней. Горючая смесь попадает в камеру через впускное окно, открывающееся гранью ротора. А отработанные газы в конце рабочего такта освобождаются корпус через выпускное окно. Опять же, роль клапана здесь выполняет грань самого ротора. Также в конструкции отсутствует распределительный вал (коих сейчас используется несколько на шатунных агрегатах). Роторно-поршневой двигатель Ванкеля по принципу работы газораспределительного механизма схож с двухтактным.

Отдельно стоит сказать о смазочной системе. По сути, она отсутствует в роторном двигателе Ванкеля. Но как же тогда работают пары трения? Все просто: масло добавляется в саму горючую смесь (как в примитивных мотоциклетных моторах). Таким образом, смазка трущихся деталей производится самой топливовоздушной смесью. В конструкции отсутствует привычный всем масляный насос, который забирает смазку из поддона и разбрызгивает под особым давлением.

Еще одно преимущество двигателя Ванкеля – это его легкий вес и размеры. Поскольку здесь отсутствует почти половина деталей, которые являются обязательными в поршневых моторах, роторный агрегат более компактный и способен разместиться в любом подкапотном пространстве. компактные размеры позволяют использовать пространство моторного отсека более рационально, а также обеспечить более равномерную нагрузку на переднюю и заднюю ось (ведь в авто с обычными моторами более 70 процентов нагрузки приходится именно на переднюю часть). А за счет малого веса достигается высокая стабильность работы. Так, двигатель имеет минимальный уровень вибрации, что положительно сказывается на комфортабельности машины.

Следующий плюс данного агрегата – высокая удельная мощность, которая достигается при больших оборотах вала. Данная особенность позволяет достичь хороших технических характеристик. Вот почему двигатель Ванкеля используется на спортивных автомобилях «Мазда». Мотор легко раскручивается до семи и более тысяч оборотов. При этом обеспечивает намного больший крутящий момент и мощность при малом объеме. Все это положительно сказывается на разгонной динамике автомобиля. Для примера можно взять автомобиль «Мазда РХ-8». При объеме в 1,3 литра, мотор выдает 210 лошадиных сил мощности.

Конструктивные недостатки

Рассматривая устройство и принцип работы роторного двигателя Ванкеля, стоит отметить главный конструктивный недостаток. Это малая эффективность уплотнений зазора между камерой сгорания и ротором. Последний имеет довольно сложную форму, из-за чего требует надежного уплотнения не только по граням (коих четыре в сумме), но и по боковой поверхности (которые соприкасаются с крышкой двигателя). При этом они выполнены в виде стальных подпружиненных полосок с особо точной обработкой как с торцов, так и с рабочих поверхностей. Все допуски на расширение при нагреве, заложенные в конструкцию, ухудшают данные характеристики. Из-за этого невозможно избежать прорыва газов в торцевых местах уплотнительных пластин. В поршневых же двигателях применен эффект лабиринта. Так, в конструкции применены три уплотнительных кольца с зазорами в разные стороны.

Но стоит отметить, что в последние годы качество уплотнений возросло. Конструкторы произвели усовершенствование двигателя Ванкеля, применяя новые материалы для уплотнений. Но все же прорыв газов считается самым слабым местом в роторном ДВС.

Расход масла

Как мы уже сказали ранее, системы смазки как таковой в данном двигателе нет. Ввиду того что масло поступает вместе с горючей смесью, расход его существенно увеличивается. И если на шатунных двигателях естественный уход смазки исключен либо составляет не более 100 грамм на 1 тысячу километров, то на роторных данный параметр составляет от 0,4 до 1 литра на тысячу километров. Это объясняется тем, что сложная система уплотнений требует более эффективной смазки поверхностей. Также ввиду высокого расхода масла, эти моторы не могут соответствовать современным экологическим стандартам. В выхлопных газах автомобилей с двигателем Ванкеля содержится много опасных для организма и окружающей среды веществ.

Кроме этого, роторный мотор мог работать только на высококачественных и дорогих маслах. Это связано с несколькими факторами:

  • Склонность соприкасающихся деталей камеры двигателя и ротора к высокому износу.
  • Склонность пар трения к перегреву.

Другие проблемы

Нерегулярная замена масла грозила уменьшением ресурса ДВС, так как частицы старой смазки действовали как абразив, увеличивая зазоры и вероятность прорыва выхлопных газов в камере. Данный агрегат также клинит при перегреве. А при движении в холодную погоду, охлаждение могло оказаться избыточным.

Сам по себе РПД имеет более высокую рабочую температуру, нежели любой поршневой мотор. Наиболее нагруженной считается камера сгорания. она имеет небольшой объем. А из-за протяженной формы, камера склонна к детонации. Кроме масла, двигатель Ванкеля требователен к качеству свечей. Их устанавливают попарно и меняют строго по техническому регламенту. Среди прочих моментов стоит отметить недостаточную эластичность роторного мотора. Так, данные ДВС могут выдавать отличные скоростные и мощностные характеристики только при высоких оборотах ротора – от 6 до 10 и более тысяч в минуту. Эта особенность вынуждает конструкторов дорабатывать конструкцию коробок передач, делая их многоступенчатыми.

Еще один недостаток – высокий расход топлива. К примеру, если взять 1,3-литровый роторно-поршневой двигатель «Мазды РХ-8», по паспортным данным, она потребляет от 14 до 18 литров топлива. Причем к использованию рекомендуется только высокооктановый бензин.

О применении РПД в автомобильной промышленности

Наибольшую популярность данный двигатель получил в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века. Патент на РПД Ванкеля был приобретен 11 ведущими автопроизводителями. Так, в 67-м году компания NSU разработала первый автомобиль бизнес-класса с роторным мотором, который назывался NSU RO 80. Данная модель производилась серийно 10 лет. Всего было выпущено более 37 тысяч экземпляров. Автомобиль пользовался популярностью, однако недостатки роторного мотора в конце концов подмочили репутацию этой машины. На фоне других моделей NSU, седан NSU RO 80 был самым ненадежным. Пробег до капитального ремонта составлял всего 50 тысяч при заявленных 100.

Также с роторными моторами экспериментировали концерны «Пежо-Ситроен», компания «Мазда» и завод ВАЗ (об этом случае мы поговорим отдельно ниже). Наибольшего успеха добились японцы, выпустив легковой автомобиль с роторным мотором в 63-м году. На данный момент японцы до сих пор оснащают РПД на свои спорткары серии RX. К сегодняшнему дню они избавлены от многих «детских болезней», что были присущи РПД того времени.

РПД Ванкеля и мотопромышленность

В 70-е и 80-е годы прошлого века с роторными двигателями экспериментировали некоторые мотопроизводители. Это «Геркулес» и «Сузуки». Сейчас же серийное производство роторных мотоциклов налажено только в компании «Нортон». Данная марка выпускает спортбайки NRV588, оснащенные двухроторными двигателями с общим объемом в 588 кубических сантиметров. Мощность байка «Нортон» составляет 170 лошадиных сил. при снаряженной массе в 130 килограмм, этот мотоцикл имеет превосходные динамические характеристики. Дополнительно данные РПД оснащены системой электронного впрыска топлива и впускным трактом переменной величины.

Интересные факты

Данные силовые агрегаты получили широкое распространение среди авиамоделистов. Так как в модельном ДВС нет требований к экономичности и надежности, выпуск таких моторов оказался недорогим. В подобных ДВС уплотнений ротора нет вовсе, либо они имеют самую примитивную конструкцию. Основной плюс такого авиамодельного агрегата в том, что его легко установить в летающую масштабную модель. ДВС легкий и компактный.

Еще один факт: Феликс Ванкель, получив патент на РПД в 1936 году, стал изобретателем не только роторных двигателей, но и компрессоров, а также насосов, действовавших по такой же схеме. Такие агрегаты можно встретить в ремонтных мастерских и на производстве. Кстати, портативные электрические насосы для подкачки шин авто устроены именно по такому принципу.

РПД и автомобили ВАЗ

Во времена СССР также занимались созданием роторно-поршневого двигателя и его установкой на отечественные автомобили ВАЗ. Так, первым РПД в СССР стал мотор ВАЗ-311 мощностью в 70 лошадиных сил. Он создавался на базе японского агрегата 13В. Но поскольку создание мотора велось по нереальным планам, агрегат оказался ненадежным после запуска в серийное производство. Первым автомобилем с данным двигателем стал ВАЗ-21018.

Но на этом история установки двигателя Ванкеля на ВАЗ не заканчивается. Вторым по счету стал силовой агрегат ВАЗ-415, который мелкими партиями использовался на «восьмерке» в 80-х годах. Данный силовой агрегат имел более лучшие технические характеристики. Мощность при объеме в 1308 кубических сантиметров увеличилась до 150 лошадиных сил. Благодаря этому советский ВАЗ-2108 с роторным двигателем ускорялся до сотни за 9 секунд. А максимальная скорость ограничивалась 190 километрами в час. Но данный двигатель не был лишен недостатков. В частности, это малый ресурс. Он едва доходил до 80 тысяч километров. Также среди минусов стоит отметить высокую себестоимость создания такого автомобиля. Расход масла составлял 700 грамм на каждую тысячу километров. Расход топлива – около 20 литров на сотню. Поэтому применялся роторный агрегат только на автомобилях спецслужб, мелкими партиями.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет двигатель Ванкеля. Данный роторный агрегат сегодня применяется серийно лишь на автомобилях «Мазда», причем только на одной модели. Несмотря на многочисленные доработки и попытки японских инженеров усовершенствовать конструкцию РПД, он все равно имеет довольно малый ресурс и отличается высоким расходом масла. Также новые 1,3-литровые «Мазды» не отличаются топливной экономичностью. Все эти недостатки роторного мотора делают его непрактичными и малоиспользуемым в автомобильной промышленности.

принцип работы. Плюсы и минусы роторного двигателя. Моторы для авиации, «восьмерок» и «девяток»

На массовых советских легковушках не было особых технических инноваций — ни дизеля, ни автоматической трансмиссии, ни гидропневматической подвески, ни турбонаддува. В огромной стране были востребованы любые автомобили — и, по разным причинам, серийно выпускались достаточно простые и ремонтопригодные конструкции.

Т ем удивительнее, что «у советских была собственная гордость», да еще какая – спроектированный для легковых машин роторно-поршневой двигатель! Причем «роторная тема» обросла слухами домыслами и легендами еще в начале восьмидесятых годов, и даже появление автомобилей ВАЗ с РПД в свободной продаже в шальные девяностые не расставило все точки над i.

Предтечи: Феликс Генрих Ванкель

Немецкий инженер-самоучка Феликс Ванкель занялся разработкой роторно-поршневого двигателя еще в двадцатые годы, но в предвоенный период ему так и не удалось довести до ума опытные образцы авиадвигателей, несмотря на поддержку компании BMW и министерства авиации.
После Второй мировой войны оборудование Ванкеля было демонтировано и вывезено во Францию. Несмотря на это, инженер-конструктор не прекращал работу над собственным РПД — теперь уже при поддержке компании NSU. К середине пятидесятых Ванкель закончил теоретическую часть и в 1957 году изготовил опытный образец, по итогам испытаний которого в конструкцию были внесены необходимые изменения.


Отец ротора – Феликс Ванкель

Работа Ванкеля отнюдь не носила «академический» характер: в 1963 году началось производство первой серийной модели NSU — Prince Spyder, а впоследствии инновационным мотором оснащался и седан бизнес-класса NSU Ro 80.

1 / 4

2 / 4

3 / 4

4 / 4

1 / 2

2 / 2

Когда компании Audi «по наследству» досталась марка NSU и её наработки, она даже выпустила прототип Audi KKM на базе «сотки» второго поколения. В дальнейшем тему моторов Ванкеля в Audi не продолжали.

Однако достаточно быстро особенности РПД помешали ему одержать рыночную победу над традиционными поршневыми ДВС с кривошипно-шатунным механизмом. Тем не менее, в годы серийного производства моторов Ванкеля патент на право производства таких агрегатов приобрели многие крупные автопроизводители, некоторые из которых занялись разработкой «роторной темы» всерьез и надолго. Пожалуй, наиболее известным производителем РПД является японская компания Mazda, создавшая двигатель Renesis.

1 / 8

2 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

3 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

4 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

5 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

6 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

7 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

8 / 8

Mazda сразу стала оснащать мотором необычной конструкции свои спортивные купе

1 / 2

2 / 2

Mazda Roadpacer – под таким названием японцы продавали в США австралийский седан Holden со своим РПД!

1 / 3

2 / 3

За десятилетия производства именно японская компания Mazda «довела до ума» ротор – конечно, насколько это было вообще возможно

3 / 3

За десятилетия производства именно японская компания Mazda «довела до ума» ротор – конечно, насколько это было вообще возможно

Сделано в СССР

Как же идея заняться выпуском роторно-поршневых двигателей могла возникнуть на ВАЗе?
Над различными альтернативными конструкциями поршневых двигателей в СССР работали еще в середине ХХ века — разумеется, не для автомобилестроения, а для авиации. Потенциально такие моторы могли обеспечить более высокую отдачу, что было особенно ценно в самолётостроении. Непосредственно к теме РПД в Советском Союзе приступили еще в «довазовский» период – по указанию Минавтопрома и Минсельхозмаша три научно-исследовательские институты (НАМИ, НАТИ и ВНИИмотопрома) занялись исследовательскими работами по созданию РПД.

Статьи / История

Важная птица: история разработки ГАЗ-13 Чайка

Кстати, развенчавший культ личности Сталина Никита Сергеевич Хрущев тоже использовал в качестве транспортного средства американскую технику. В личном пользовании будущего Первого секретаря ЦК КПСС с 1944 по 1949 годы был…

13936 2 21 09.12.2016

Поэтому разработка Ванкеля и её практическое воплощение на серийных автомобилях в Советском Союзе не осталось незамеченным. Более того, лёгкий и мощный мотор мог стать востребованным для некоторых автомобилей специального назначения — например, так называемых «догонялок» или спортивных автомобилей.

Традиционно для автопрома СССР волевое решение могло быть принято лишь «на самом вверху» — то есть, на уровне министерства.

Однако ротором на ВАЗе занялись по распоряжению Генерального директора Волжского автозавода в 1973 году – казалось бы, по собственному усмотрению. Но не все так просто: до того, как перейти на новый проект – строительство Волжского автогиганта, еще в 1965-м Виктор Николаевич Поляков занимал пост заместителя министра автомобильной промышленности СССР, а в 1975-м он и вовсе вернулся в министерское кресло, возглавив Минавтопром СССР. Таким образом, можно утверждать, что работы по ротору были утверждены «без двух минут» министром автопрома и его же бывшим заместителем в одном лице.

Итак, после выхода соответствующего приказа Генерального директора было создано специальное конструкторское бюро, в задачу которого входила не только разработка моторов собственной конструкции, но и устранение «родовых недостатков» мотора Ванкеля, о которых советские конструкторы уже были осведомлены.

В отличие от западных коллег, под «собственной конструкцией» в СССР подразумевалась действительно разработка своего варианта, а не покупка патента или готовой лицензии. Как и в случае с автоматической трансмиссией для , советские инженеры за неимением вариантов были вынуждены изготовить свой вариант односекционного мотора Ванкеля, разобрав для этого один японский РПД. Однако предварительно для «натурных испытаний» двигатель, снятый со специально приобретённой для работы над ротором Mazda RX-2, был установлен на Жигули третьей модели.

1 / 4

2 / 4

Mazda RX-2 стала для ВАЗа донором как конструкции, так и самого первого РПД, установленного на Жигули

3 / 4

Mazda RX-2 стала для ВАЗа донором как конструкции, так и самого первого РПД, установленного на Жигули

4 / 4

Mazda RX-2 стала для ВАЗа донором как конструкции, так и самого первого РПД, установленного на Жигули

Уже на ранних этапах на ВАЗе столкнулись с тем, что при компактности и высокой энерговооруженности легкий и мощный РПД был не слишком экономичным и экологичным, а также отличался частым выходом из строя уплотнений. По сути, с этой проблемой десятилетиями боролись все, кто брался за двигатели конструкции Ванкеля, начиная с самого немецкого инженера – носителя этой фамилии. И, к слову, именно низкая надежность уплотнений и послужила причина быстрого выхода из строя моторов на NSU Ro-80, что вынудило производителя вскоре прекратить выпуск этого автомобиля и «закрыть роторную тему».

Первый опытный образец СКБ РПД под обозначением ВАЗ-301 был готов уже в 1976 году, но о любом запуске в серию ротора в Тольятти было говорить еще рано — конструкция получилась явно «сырой».

Вазовский вариант роторно-поршневого двигателя оценил даже… сам Феликс Ванкель, который специально для этого посетил Волжский автозавод. «Отец ротора» одобрил общую компоновку тольяттинского РПД.

Уже в 1982-м был продемонстрирован ВАЗ-21018 — обычный ВАЗ-21011 с мотором ВАЗ-311 мощностью 70 л.с.

Для того, чтобы выявить недостатки конструкции в условиях реальной эксплуатации, была выпущена партия из 50 двигателей, которые установили на пять десятков Жигулей, но всего через полгода все моторы, кроме одного (!), пришлось заменить на традиционные. Уплотнения и подшипники быстро выходили из строя, а кроме того, мотор оказался плохо сбалансированным и достаточно прожорливым.

На земле и на небе

После первой серьезной неудачи и последовавшим за этим дисциплинарными наказаниями на ВАЗе не прекратили заниматься роторами, но решили окончательно перейти от односекционной конструкции к двухсекционной. Такой мотор потенциально был не только мощнее, но и надежнее.

К тому времени у советского ротора потенциально уже была вполне осязаемая сфера применения — например, для установки на служебные автомобили спецподразделений ГАИ, МВД и КГБ. На ведомственных автомобилях недостатки вроде не лучшей топливной экономичности отходили на второй план, а высокие динамические характеристики имели решающее значение. Очень важно, что при эксплуатации на служебных автомобилях вазовские специалисты могли в виде стандартизованных отчетов получить подробную информацию о недостатках и дефектах, выявленных на практике, но в более-менее одинаковых условиях, что обеспечивало определённую объективность оценки.

Время от времени советская пресса скудно сообщала о моторе необычной конструкции

К 1983 году были разработаны два новых двухсекционных РПД — ВАЗ-411 мощностью 110-120 лошадиных сил и 140-сильный ВАЗ-413. Предполагалось, что роторы будут ставить не только на «родные» для завода Жигули различных моделей, но и на другой автотранспорт силовых структур — в частности, Волги. Разумеется, установка такого силового агрегата на седан горьковского автозавода потребовала соответствующей доработки крепления и некоторых узлов трансмиссии.

1 / 3

2 / 3

ВАЗ-21059 – роторная «пятерка». По-прежнему никаких отличий от обычной снаружи.

3 / 3

ВАЗ-21059 – роторная «пятерка». По-прежнему никаких отличий от обычной снаружи.

В это же время на практически готовые к использованию РПД обратили внимание и авиаторы, которые заказали тольяттинскому бюро разработку варианта для применения на вертолётах и легких самолётах.

Впрочем, роторно-поршневым типом двигателя заинтересовались и многие другие предприятия, которые заказали тольяттинцам разработку агрегатов для лодок, амбифий и даже мотоциклов! Эти услуги завод предоставлял по договорам на условиях широко вошедшего в то время в обиход хозрасчета, поэтому деятельность СКБ не была для ВАЗа убыточной. Также опытные образцы авиационных двигателей ВАЗ-416 и ВАЗ-426 были разработаны уже в эпоху функционирования НТЦ ВАЗа в середине девяностых годов.

Различные типы применения РПД дали возможность конструкторам понять, что конструктивные решения автомобильных и авиационных двигателей не могут быть полностью идентичными вследствие существенной разницы в режимах работы моторов на воздушном и автомобильном транспорте.

Статьи / История

Сложные роды «антилопы»: история создания ВАЗ-2110

Еще задолго до выхода трехдверного хэтчбека 2108 разработчикам стало ясно, что на смену откровенно устаревшим Жигулям нужен новый седан. Мнения разделились: часть конструкторов придерживалась мнения, что…

50282 11 10 20.12.2015

Поэтому одновременная разработка «единого» ротором лишена практического смысла — скорее, работы можно объединять по технологической и производственной базе, а не по конкретным решениям.

РПД и передний привод

Возникает вопрос: а как же переднеприводные автомобили? Неужто ВАЗ не обратил внимание на собственную «восьмерку»?

Разумеется, обратил: работа над РПД для принципиально нового семейства началась, когда ВАЗ-2108 только готовили к производству – в 1979 году, однако более предметно к теме «переднеприводного ротора» в вернулись в начале перестройки, заключив договор с Запорожским автозаводом. И уже к 1987-му году были разработаны опытные образцы ВАЗ-414 для переднеприводных автомобилей ВАЗ и ЗАЗ, а еще в Тольятти создали вариант своего 40-сильного РПД под индексом 1185 даже для… Оки! Но в дальнейшем руководство отдало предпочтение авиационному направлению, а работы по автомобильным РПД были приостановлены.

Мелкосерийное производство необычной модификации Жигулей на базе «пятерки» продолжалось вплоть до распада СССР, хотя государственные закупки подобных машин силовыми ведомствами были совсем невелики, а «на сторону» автомобили с роторами под капотом не продавались.

Но вскоре заводу стало совсем не до собственных новых разработок — в конце восьмидесятых государственная поддержка автозаводов была свернута, а заводчанам было и без того чем заняться — например, созданием перспективной или .

Последний автомобильный РПД ВАЗа

К теме роторных автомобильных двигателей на ВАЗе вернулись уже лишь в российский период деятельности завода, найдя возможность даже в непростые девяностые годы «достать из-под сукна» интересную разработку. Ведь в мире в то время давно существовали «подогретые» модификации обычных городских хэтчбеков, с которыми вазовский РПД был вполне сравним по развиваемой мощности.

Наличие такого мотора на автомобилях семейства 2108 могло «взбодрить» покупательский интерес — по крайней мере, в Тольятти на это рассчитывали.

Даже в непростых условиях новый РПД для Самары удалось освоить довольно быстро — благо, двигатель ВАЗ-415 не требовалось разрабатывать с нуля. Некоторые источники утверждают, что доводочные работы при его трансформации в серийное изделие велись достаточно поспешно или не слишком успешно, вследствие чего мотор все равно сохранил ряд недостатков, присущих остальным вазовским РПД. Впрочем, существует и другое мнение, что этот мотор, напротив, вобрал в себя все преимущества былых разработок — как достаточный ресурс, известный еще по 413-му мотору, так и «плотную» компоновку, доставшуюся ему по наследству от ВАЗ-414.

Практически одновременно обновили и классику: в 1992 году на базе «семёрки» начался выпуск модификации Жигулей ВАЗ-21079 со 140-сильным мотором ВАЗ-4132.

1 / 3

2 / 3

Седьмая модель стала последними Жигулями с РПД

3 / 3

Седьмая модель стала последними Жигулями с РПД

Тем не менее, в 1997 году ВАЗ-415 наконец-то получил сертификат, позволявший его установку на обычные товарные авто, которые вскоре появились в автосалонах.

«На гражданке»: став доступным простым смертным, РПД тут же появился на страницах российских автоизданий

Конечно, цена машины увеличивалась на вполне ощутимые по тем временам 2,2-2,5 тысячи долларов, но зато динамика «восьмерки» улучшалась на порядок. Ведь 120-140 «роторных» лошадиных сил позволяли набирать сотню с места за 8-9 секунд, а реальная максимальная скорость вплотную подобралась к заветным 200 км/ч. Расход топлива, конечно, при этом колебался от 8 до 14 литров. Зато компактный роторный моторчик крутился до умопомрачительных 8 тысяч оборотов, обеспечивая «пилоту» ощущения, несравнимые с разгоном обычного «зубила».

РПД-415 под капотом ВАЗ-2108 выглядит вполне органично. Но при этом мотор заметно компактнее родного. Фото: Подзолков Александр

РПД всегда славился своим «горячим характером», поэтому масляный радиатор ему был необходим, как воздух. Или вода. В общем, для охлаждения. Фото: Подзолков Александр

Вид снизу намекает, что это какая-то очень непростая «восьмерка». Фото: Подзолков Александр

Микропроцессорное зажигание можно было встретить и на ВАЗ-2108 с обычным ДВС. Но очень нечасто. Фото: Подзолков Александр

Увы, при этом малопонятный большинству ротор оставался «вещью в себе» — обычным мотористам не была известна технология его ремонта, да и запасные части в любом магазине за углом не продавались.

Вдобавок на обычных вазовских моторах к тому времени уже набирал обороты , а на РПД питанием по-прежнему заведовал архаичный карбюратор Солекс.

Смесь РПД готовил привычный «Солекс», но со своими регулировками. «Сектор газа» имел дополнительный рычаг для привода дозирующего масляного насоса — лубрикатора. Фото: Подзолков Александр

Вид сверху на ВАЗ-415 с демонтированным карбюратором. Фото: Подзолков Александр

И, несмотря на наличие микропроцессорной системы зажигания (МПСЗ), ротор не мог похвастать покладистостью и (главное!) долговечностью обычного поршневого ДВС. Ведь при заявленном ресурсе в 125 000 км многие моторы начинали быстро «умирать» уже после 50 000 км, чему способствовало применение «неправильного» масла. Как и у японских автомобилей Mazda с РПД, при этом резко ухудшался пуск двигателя и увеличивался расход масла на угар, а в дальнейшем мотор мог и вовсе выйти из строя.

Герметичность уплотнений – больное место любого РПД, не только ВАЗ-415. Фото: Подзолков Александр

Многочисленные тюнинговые фирмы, появившиеся в Тольятти и около него словно грибы после дождя, в тот период предлагали различные по бюджету и степени вмешательства программы тюнинга обычных моторов которые позволяли без заметной потери ресурса снимать практически ту же мощность, что и у ротора. А ведь РПД при традиционной системе питания было невозможно втиснуть в грядущие экологические нормы Евро 2, которым без проблем соответствовал только что освоенный вазовский же впрыск.

В силу немассовости производства в дальнейшем ни работы, ни само производство РПД ВАЗу были не очень-то интересны, поскольку они, как и в истории Mazda, могли быть продиктованы разве что имиджевыми соображениями. Что в случае с тольяттинским автозаводом было недостаточно веским аргументом…

По ряду перечисленных причин уже в начале двухтысячных годов вазовский ротор стал резко терять обороты. Да, ВАЗ-415 успели примерить даже «десятка» и «пятнашка» в модификациях 2110-91 и 2115-91 соответственно, однако вскоре производство роторных двигателей на ВАЗе было прекращено, а само СКБ РПД, разработавшее свой последний продукт в 2001 году, было перерегистрировано.

Почти четыре десятка разработок за 26 лет – конструкторы СКБ РПД немало поработали над роторной темой

После 2004 года деятельность КБ в рамках работы над двигателями РПД была окончательно прекращена, а примерно в 2007-м оборудование частично вывезено и утилизировано. Похоже, на этом в истории советско-российского ротора была поставлена окончательная точка.

Жалеете ли вы о том, что роторные ВАЗы так и не получились?

Главное отличие внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от ДВС заключается в полном отсутствии двигательной активности, при этом удается добиться высоких оборотов работы мотора. У роторного двигателя или иначе двигателя Ванкеля, есть и ряд других преимуществ, их мы и рассмотрим подробнее.

Общий принцип устройства роторного двигателя

РПД облачен в овальный корпус для оптимального размещения ротора, имеющего треугольную форму. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми деталями РД являются ротор и статор. Основная двигательная функция в таком типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, имеющего схожесть с овалом.

Принцип действия основан на высокоскоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.

Почему роторные двигатели не пользуются спросом?

Парадокс роторного двигателя заключается в том, что при всей простоте конструкции он не столь востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий весьма сложные конструктивные особенности и сложности при осуществлении ремонтных работ.

Разумеется, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он бы нашел широкое применение в современном автопроме, а возможно мы бы и не узнали про существование ДВС, ведь роторный был сконструирован значительно раньше. Так зачем же так усложнять конструкцию, попытаемся разобраться.

Явными недочетами роторного мотора можно считать отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объяснить конструктивными особенностями и условиями работы мотора. В ходе интенсивного трения ротора со стенками цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что и приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.

Для усиления герметичных свойств, особенно при условии выраженной разницы температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают их в разных частях цилиндра, для улучшения герметичности.

Для запуска мотора используют всего две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, позволяющими выдавать на 20% больше КПД, в сравнении с двигателем внутреннего сгорания, за одинаковый промежуток времени.

Роторный двигатель Желтышева — принцип работы:

Преимущества роторного двигателя

При малых габаритах он способен развивать высокую скорость, однако есть в этом нюансе и большой минус. Несмотря на малые габариты, именно роторный двигатель потребляет огромное количество горючего, а вот ресурс работы мотора составляет всего 65 000 км. Так, двигатель всего в 1,3 л потребляет до 20 л. топлива на 100 км. Возможно, это и стало основной причиной отсутствия популярности данного вида моторов для массового потребления.

Цена на бензин во все времена считается актуальной проблемой человечества, учитывая, что мировые запасы нефти расположены на Ближнем востоке, в зоне постоянных боевых конфликтов, цены на бензин остаются достаточно высокими, и в ближайшей перспективе нет тенденций для их снижения. Это приводит к поиску решений по минимальному потреблению ресурсов не в ущерб мощности, в чем и заключается главный довод в пользу ДВС.

Все это в совокупности определило положение роторных двигателей, как подходящий вариант для спорткаров. Однако известный по всему миру производитель авто «Мазда», продолжил дело изобретателя Ванкеля. Японские инженеры всегда стараются извлекать из невостребованных моделей максимум пользы путем модернизации и применения инновационных технологий, что позволяет сохранять лидирующие позиции на мировом автомобильном рынке.

Принцип работы роторного двигателя Ахриевых на видео:

Новая модель «Мазда», оснащенная роторным двигателем, по мощности не уступает передовым немецким моделям, выдавая до 350 лошадиных сил. При этом расход топлива был несравнимо высоким. Инженерам-конструкторам «Мазда» пришлось уменьшить мощность до 200 лошадиных сил, что позволило нормализовать потребление топлива, однако компактные размеры двигателя позволили наделить авто дополнительными преимуществами и составить достойную конкуренцию европейским моделям авто.

В нашей стране роторные двигатели не прижились. Были попытки установить их на транспорт специализированных служб, но этот проект не был профинансирован в должном объеме. Поэтому все успешные разработки в данном направлении принадлежат японским инженерам из компании «Мазда», намеренной в ближайшее время показать новую модель авто с модернизированным двигателем.

Как работает роторный мотор Ванкеля на видео

Принцип работы роторного двигателя

РПД работает за счет вращения ротора, так идет передача мощности на коробку передач через сцепление. Преобразующий момент заключается в передаче энергии топлива колесам за счет вращения ротора, изготовленного из легированной стали.

Механизм работы роторного-поршневого двигателя:

  • сжатие горючего;
  • впрыск топлива;
  • обогащение кислородом;
  • горение смеси;
  • выпуск продуктов сгорания топлива.

Как работает роторный двигатель показано на видео:

Ротор закреплен на специальном устройстве, при вращении он образует независимые друг от друга полости. В первой камере происходит наполнение воздушно-топливной смесью. В дальнейшем она тщательно перемешивается.

Затем смесь переходит в другую камеру, где происходит сжатие и воспламенение, благодаря наличию двух свечей. В дальнейшем смесь перемещается в следующую камеру, из нее вытесняются части переработанного топлива, которые выходят из системы.

Так происходит полный цикл работы роторного-поршневого двигателя, основанного на трех тактах работы за всего лишь один оборот ротора. Именно японским разработчикам удалось существенно модернизировать роторный двигатель и установить в нем сразу три ротора, что позволяет значительно увеличить мощность.

Принцип работы роторного двигателя Зуева:

На сегодня, усовершенствованный двухроторный двигатель сравним с двигателем внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, а трехроторный по мощности не уступает 12-ти цилиндровому двигателю внутреннего сгорания.

Не стоит забывать и про компактный размер двигателя и простоту устройства, позволяющую при необходимости осуществлять ремонт или полную замену основных агрегатов мотора. Таким образом, инженерам компании «Мазда» удалось подарить вторую жизнь этого простого и производительного устройства.

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство… Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем — RX-8 .

История создания роторного двигателя

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.


РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.


У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения , что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала , шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

    Роторный двигатель хорош тем, что состоит из куда меньшего числа деталей , чем его конкурент — процентов на 35-40.

    Два двигателя одинаковой мощности — роторный и поршневый — будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше .

    Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.

    Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.

    Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик» . Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

    Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс , который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

    Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.

    Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.

    Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива , а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода — причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый — приносит меньше вреда экологии.

    Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он «жрет» до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.

    Высокая стоимость — из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.

Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

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

Автомобили с роторным двигателем – главное отличие

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

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

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



Насколько популярен роторный дизельный двигатель?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

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

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

В роторном двигателе, давление сгорания образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Mazda RX-8


Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя


Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)


Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск
Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт — с дросселем.

Выходной вал


Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки)

Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

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

Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта — по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора

Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т.к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

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

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами состава выбросов.
  • Затраты на производство роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество производимых роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива у автомобилей с роторным двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкого коэффициента сжатия.

Роторный двигатель

История появления роторных двигателей

Первое 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 двигателя

Роторный 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 двигателей

В 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 марок

Несмотря 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 на автомобиль.

Роторный двигатель (РПД или роторно-поршневой двигатель), в отличие от традиционного поршневого ДВС, проще в плане конструкции. Также данный тип силовой установки имеет более высокий КПД. Соответственно, даже при небольшом рабочем объеме «отдача» от такого мотора достаточно высокая.

При этом РПД не получил широкого распространения в автомобильной индустрии. К сожалению, даже с учетом всех преимуществ, агрегат также имеет целый ряд недостатков. Далее мы рассмотрим, как устроен и работает роторный мотор, а также его сильные и слабые стороны.

Роторный двигатель: устройство и принцип работы РПД

Итак, роторный двигатель, который также называют двигатель Ванкеля в честь его создателя, представляет собой достаточно обособленный тип ДВС. При этом данный вид двигателей устанавливался на разные авто (например, роторный двигатель ВАЗ, роторный двигатель Мазда и т.д.), однако в большей степени популяризировали агрегат именно Mazda благодаря спорткару Мазда RX‑8 с роторным двигателем 13B-MSP.

Если коротко, в обычном поршневом моторе энергию от сгорания топлива в цилиндрах преобразует в возвратно-поступательное движение громоздкая поршневая группа, после чего происходит дальнейшее преобразование во вращательное движение (вращение коленвала).

В свою очередь, в роторном моторе нет ЦПГ, преобразование энергии происходит фактически «напрямую», то есть практически без потерь. Само собой, на Мазда роторный двигатель стал достаточно мощным «сердцем» с выдающимися характеристиками.

Примечательно то, что бензиновый атмосферный роторный мотор с рабочим объемом всего лишь 1.3 литра (13B-MSP) с 2 роторами в виде секций выдавал 192 лошадиных силы. В то же время его форсированная версия позволяла снять уже 231 «лошадку».

  • Если рассматривать конструкцию, двигатель получил 5 корпусов, в результате чего были образованы 2 камеры. Указанные камеры, подобно цилиндрам, предназначены для сгорания топливно-воздушной смеси. Энергия сгорания топлива вращает роторы, которые закреплены на эксцентриковом валу, который напоминает коленвал обычного ДВС.

При этом движение ротора сложное, так как ротор не вращается, а фактически «обкатывается» своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, которая прикреплена в центре одной из боковых стенок камеры. Сам эксцентриковый вал проходит через все корпуса и стационарные шестерни. Вращение ротора, точнее, его вращательное движение происходит так, что на 1 его оборот приходится 3 оборота эксцентрикового вала.

Еще примечательно то, что хотя в роторном моторе также есть циклы впуска, сжатия, рабочего такта и выпуска, механизм ГРМ максимально упрощен. Отсутствует привод газораспределительного механизма, нет распределительных валов, а также и самих клапанов.

Все необходимые функции реализованы счет впускных и выпускных окон, которые выполнены в боковых стенках. На деле, ротор во время вращения открывает, а также закрывает эти окна. Чтобы было понятно, давайте рассмотрим принцип работы роторного двигателя на примере агрегата с одной секцией.

  • Итак, боковые стороны ротора вместе со стенками корпусов формируют рабочую полость. Кода ротор двигателя находится в начальном положении, по объему полость небольшая (это начало такта впуска). Далее, вращаясь, ротор, открывает впускные окна, в результате в камеру попадает рабочая топливная смесь. Когда полость достигает максимального объема, ротор перекроет впускные окна, после чего начнется такт сжатия (полость начнет уменьшаться).

В момент, когда объем полости снова минимален, за счет искры от свечи произойдет воспламенение смеси и начнется рабочий такт. Далее энергия сгорания топлива вращает ротор, после чего ротор перейдет в положение, при котором открываются выпускные окна (осуществляется выпуск отработавших газов). После выпуска весь цикл повторяется.

Другие полости будут работать точно так же. С учетом того, что полостей 3, за один оборот ротора произойдет 3 рабочих такта. Более того, эксцентриковый вал вращается быстрее ротора в 3 раза. Результат — по одному рабочему такту на один оборот вала мотора с одной секцией. Вполне очевидно, что поршневой четырехтактный ДВС с одним цилиндром имеет соотношение в 2 раза ниже по сравнению с роторным.

Получается, если сопоставить число рабочих тактов на оборот вала, тогда двухсекционный 13B-MSP напоминает обычный поршневой мотор на 4 цилиндра, однако при объеме 1.3 л двигатель такой же мощный, как и поршневой агрегат с объемом чуть более 2.5 литров. Еще добавим, что роторный мотор имеет намного более высокую детонационную стойкость, что позволяет превратить этот мотор в двигатель на водороде.

Подводя итог

Конечно, не все потенциально конструкции различных типов роторных двигателей из представленного перечня обладают выраженными достоинствами и обладают хорошей технической перспективой. Ибо принципиальным достоинством роторных моторов – абсолютным отсутствием возвратно поступательных движений обладают лишь роторные машины двух последних типов – классификационных групп № 5) и № 6). Но вот главным и безоговорочным преимуществом роторных механизмов – полным отсутствием знакопеременных, пульсирующих инерционным нагрузок и абсолютной уравновешенностью не обладают даже роторные двигатели типа Ванкеля. Такое идеальное положение характерно лишь для классификационной группы № 5), которую с полным правом и можно назвать совершенным роторным двигателем. Именно с позиций такого совершенного роторного двигателя будут рассматриваться все преимущества моторов роторной схемы и производится сравнения, как с традиционными поршневыми двигателями, так и с двигателями Ванкеля – роторными моторами с планетарным вращением главного рабочего органа.Тем более что автор этих строк прикладывает немалые усилия по реализации в жизнь именно такой схемы и надеется, что ему удастся создать действующий и промышленно применимый двигатель внутреннего сгорания именно такого типа.

Конструктивные особенности роторного мотора

Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).

Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.

Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.

  • На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.

Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.

Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.

Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.

Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.

Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси, используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.

Как работает роторный двигатель

Движение роторного двигателя, как и в поршневом варианте, осуществляется благодаря давлению, создаваемому в процессе сгорания смеси топлива и воздуха. Здесь также происходит соединение входного отверстия и дроссельной заслонки, выпускного отверстия и выхлопной системы. В отличие от стандартного двигателя, в роторной конструкции нет передаточных звеньев. Ротор, имеющий треугольную форму, представляет собой своеобразный поршень, который вращается по кругу и осуществляет передачу крутящего момента к выходному валу.

В процессе вращения ротора, происходит разделение общей камеры на три отдельных, где в каждой из них, по очереди, происходит свой собственный цикл. Обычно, в конструкции роторного двигателя используется два ротора. За счет этого, уменьшается детонация, а работа двигателя становится более стабильной. Фактически, ротор выполняет ту же работу, что и поршни в обычном двигателе. Установка ротора на вал производится с определенным эксцентриситетом, позволяющим выполнять передачу крутящего момента.

Работа механизма разделяется на несколько этапов:

  • Забор воздушно-топливной смеси происходит при прохождении одной из вершин ротора впускного клапана, расположенного в корпусе. За счет расширения объема камеры, смесь принудительно попадает в ее увеличенное пространство. Новый такт начинается во время прохождения впускного клапана следующей вершиной.
  • Сжатие смеси происходит при повороте ротора, что приводит к уменьшению ее объема и возрастанию давления. Его максимальное значение образуется в момент нахождения смеси в зоне действия свечей.
  • Зажигание смеси осуществляется с помощью двух свечей, срабатывающих синхронно. За счет этого происходит быстрое и равномерное воспламенение. В результате, образуется взрывная волна, давление которой создает рабочее усилие. Происходит проворачивание ротора на расстояние до выпускного отверстия. Одновременно, производится передача крутящего момента к выходному валу.
  • Когда вершина ротора подходит к выпускному отверстию, наступает процесс выбрасывания отработанных выхлопных газов. После этого, начинается новый рабочий цикл.

Недостатки роторного двигателя

Сейчас читают
Автомобильный дизельный двигатель: плюсы и минусы его…

Клапан адсорбера: как устроен и работает, основные…

На старте продаж роторная Мазда пользовалась активным спросом, так как автомобиль привлекал автолюбителей своим необычным и мощным двигателем (особенно форсированные версии с мощностью около 500 л.с.). Однако немного позже владельцы уже на относительно небольших пробегах столкнулись с первыми проблемами и минусами данного типа ДВС.

Основные недостатки — большой расход топлива и относительно низкий ресурс роторного двигателя 13B-MSP. В идеальных условиях силовая установка данного типа способна выходить около 100 тыс. км пробега. Что касается реальной эксплуатации, часто моторы приходили в негодность уже к 50-60 тыс. км. пробега.

Обычно первыми выходят из строя уплотнения ротора. Причина вполне очевидна, так как уплотнения находятся под высокими нагрузками и сильно нагреваются. Также дает о себе знать и детонация, износ подшипников эксцентрикового вала, роторов и т.д.

  • Примечательно то, что первыми сдаются апексы (уплотнения на торцах), тогда как боковые уплотнители ходят намного дольше. В результате износа апексов, а также их установочных мест на роторе, в двигателе падает компрессия, углы уплотнителей могут отваливаться, повреждая поверхности статора.

Также следует отметить быстрый выход из строя коренных вкладышей эксцентрикового вала. С учетом того, что вал осуществляет вращение в 3 раза быстрее роторов, роторы несколько смещаются по отношению к стенкам статора, причем вершины роторов должны всегда быть удалены на одно расстояние от стенок.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гибридный двигатель автомобиля. Из этой статьи вы узнаете, как устроен и работает двигатель гибрид, а также что нужно знать о гибридном двигателе перед покупкой автомобиля с силовой установкой данного типа.

В результате, когда углы апексов выпадают, на поверхности статора неизбежно появляются задиры. При этом диагностика роторного двигателя сильно затруднена, так как, в отличие от обычного мотора, роторный двигатель не стучит в случае износа вкладышей.

Параллельно отметим, что на версиях данного мотора с наддувом работа агрегата на обедненной смеси приводит к перегреву апекса. Далее пружина, прижимающая апекс, просто гнет его и компрессия сильно снижается. Еще форсированные (роторные двигатели с наддувом) отличаются неравномерным нагревом корпуса.

В верхней части ДВС, где происходят такты впуска и сжатия, более холодные. В то же время нижняя часть, где протекает процесс сгорания смеси и выпуска раскаленных газов, нагревается намного сильнее. Результат – деформация корпуса форсированных версий.

  • Также отметим, что отдельно проявились и проблемы системы смазки. На практике, масляные форсунки в статоре часто загрязняются и перестают работать. При этом промыть клапаны форсунок не получается, то есть нужна замена. Если же вовремя проблема не была установлена, масляное голодание становится причиной сильного износа целого ряда элементов роторного двигателя.

При этом во всех случаях и независимо от причины, статор на практике восстановить практически не представляется возможным, а также следует отметить отсутствие ремонтных запчастей. Это значит, что если статор поврежден, восстановить двигатель очень сложно и дорого. То же самое касается и ротора. Если пазы под апексы повреждены, отремонтировать деталь практически невозможно.

Все это означает, что мотор фактически «одноразовый» и качественно его отремонтировать нет возможности. Единственный выход – покупка и установка нового двигателя, так как контрактные варианты в большинстве случаев тоже будут изношены и долго не прослужат. Само собой, купить роторный двигатель без пробега можно, но цена роторного двигателя будет высокой.

Роторный двигатель, недостатки

Роторные двигатели не получили массового распространения из-за низких экологических показателей.

Также отмечается потребление большого количества топлива, вследствие невысокого рабочего давления в камере сгорания.

Так как такой тип двигателя редко встречается, при его ремонте и эксплуатации могут возникнуть проблемы.

Практически отсутствует система смазки. Моторное масло постоянно поступает в корпус к ротору из-за чего наблюдается значительный его расход.

Само масло должно иметь высокие качественные показатели и быть минеральным без присадок. Дело в том, что «синтетика» выгорает и образует на поверхности корпуса нагар.

Следует отметить что роторные моторы нагреваются намного сильнее чем поршневые.

Советы и рекомендации

Прежде всего, роторный двигатель необходимо «кормить» только качественным высокооктановым бензином (не ниже АИ-98). Только качественное топливо позволяет избежать детонации, а также замедляет процесс накопления нагара на электродах свечей зажигания.

Еще следует помнить, что этот мотор предельно чувствителен не только к качеству, но и типу масла. Например, не рекомендуется лить синтетику, так как быстро скапливается нагар на апексах, компрессия падает. Заливать в такой мотор следует исключительно рекомендуемое самим производителем масло или подходящую по всем допускам «минералку».

Также замену масла нужно производить часто, масло в роторном моторе меняют каждые 4-5 тыс. км. Еще важно своевременно менять воздушный фильтр двигателя, так как его загрязнение может привести к закоксовке масляных форсунок системы смазки. Что касается свечей зажигания, лучше производить их замену каждые 10-15 тыс. км.

  • Как правило, основным признаком проблем роторного мотора является потеря компрессии, которая проявляется в затрудненном холодном пуске. Далее неполадки прогрессируют, мотор начинает плохо , так и на «горячую». Обычно в таком случае очевиден износ апексов, скопление отложений на электродах свечей зажигания и т.д.

В подобной ситуации необходимо срочно отправляться на диагностику к специалистам по ремонту ДВС данного типа. На практике, хотя ремонт сложный и дорогой, в последнее время в СНГ появилось несколько центров, специализирующихся на дефектовке и ремонте роторного двигателя с гарантией.

Как правило, в рамках ремонта выполняется замена статоров, уплотнений роторов, самих роторов и т.д. Конечно, ремонт не дешевый, но однозначно более доступный по сравнению с покупкой нового силового агрегата.

Напоследок отметим, как и поршневой двигатель, роторный мотор нуждается в прогреве перед поездкой. При этом пока мотор не выйдет на рабочие температуры, нагружать агрегат не следует. При таком подходе, а также в сочетании с качественным бензином и маслом, а также своевременном обслуживании, есть все шансы, что роторный двигатель Mazda RX-8 пройдет без ремонта около 80 или даже 100 тыс. км.

Принципы работы роторного двигателя

Цикл двигателя Ванкеля

Но тут Фройде предложил новую концепцию роторного двигателя! В двигателе Ванкеля (DKM) ротор вращался вокруг неподвижного вала вместе с камерой сгорания, чем обеспечивалось отсутствие вибраций. Вальтер решил камеру сгорания зафиксировать, а ротор пусть будет приводить в движение вал, то есть использовать принцип двойственности вращения для роторного двигателя. Такой тип роторного двигателя получил обозначение KKM.

Принцип двойственности вращения сам Ванкель запатентовал в 1954, но он всё-таки использовал принцип DKM. Надо сказать, что Ванкелю идея такой инверсии не нравилась, но он ничего не мог поделать – у двигателя его любимого типа DKM обслуживание было трудоёмким, чтобы сменить свечи, требовалась разборка мотора. Так что двигатель типа KKM имел гораздо больше перспектив. Его первый образец закрутился 7 июля 1958 года (правда, на нем ещё в роторе стояли свечи, как на DKM). Впоследствии свечи перенесли на корпус двигателя, и он обрёл свой облик, принципиально не менявшийся до наших дней. Теперь по этой схеме устроены все роторные двигатели. Иногда их называют «ванкелями», в честь разработчика.

В таком двигателе роль поршня играет сам ротор. Цилиндром служит статор, имеющий форму эпитрохоиды, и когда уплотнения ротора двигаются по поверхности статора, образуются камеры, в которых происходит процесс сгорания топлива. За один оборот ротора такой процесс происходит трижды, а благодаря сочетанию форм ротора и статора число тактов такое же, как у обычного ДВС: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Анимацию работы роторного двигателя можно посмотреть здесь.

У роторного двигателя нет системы газораспределения – за газораспределительный механизм работает ротор. Он сам открывает и закрывает окна в нужный момент. Еще ему не нужны балансирные валы, двухсекционный двигатель по уровню вибраций можно сравнить с многоцилиндровыми ДВС. Так что идея роторного двигателя в конце пятидесятых казалась ступенькой для автомобилестроения в светлое будущее.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс, необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.

По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.

Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).

Роторный двигатель.

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

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

Основная деталь такого двигателя — это ротор, имеющий форму треугольника (cм. фотографии и рисунок). И этот ротор, с помощью зубьев шестерни, входит в зацепление с шестерней другой детали, но неподвижной — статором. Принцип работы роторного двигателя можно посмотреть на видеоролике чуть ниже и он основан на том, что вершины треугольного ротора, при его вращении трутся по эпитрохоидальной (имеющей форму восьмёрки) и полированной внутренней поверхности картера (статора).

И при этом ротор своими гранями вершин отсекает при вращении переменные объёмы трёх камер (трёх камер потому, что у ротора три вершины, бывает и другое число, но три — самый распространённый вариант). Камеры образуются отсеканием вершинами ротора внутренней поверхности статора (при вращении ротора).

При вращении ротора получается, что ротор играет роль и поршня и клапанов при работе мотора. И такая уникальная конструкция позволяет осуществлять любой четырёхтактный цикл Отто, Стерлинга или Дизеля, и при этом не нужен отдельный механизм газораспределения с множеством деталей, который имеется в головке цилиндров обычного и хорошо известного нам ДВС.

А герметичность пар в роторном двигателе, достигается торцевыми и радиальными уплотнителями (пластинами), которые при работе ещё лучше прижимаются давлением газов, центробежной силой, а так же специальными плоскими пружинами.

К тому же благодаря отсутствию головки цилиндров с механизмом ГРМ, а так же отсутствию кривошипно-шатунного механизма (коленвала, шатунов) и самих цилиндров, роторно-поршневой двигатель получается очень компактным (см фото слева) и не занимает много места под капотом. Так ещё и кроме своей компактности, такие моторы имеют бóльшую мощность, чем обычные двигатели.

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

Преимущества роторного двигателя.

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

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

Недостатки роторного двигателя.

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

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

Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Если эта статья вам полезна, то пожалуйста поделитесь ей в соц. сетях, нажав кнопки ниже. Спасибо.

Нравится

История разработки[править | править код]

Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klöckner-Humboldt-Deutz) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.[источник не указан 3500 дней

][
нейтральность?
] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.

На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.[источник не указан 3500 дней

]

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.

Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя.[источник не указан 3500 дней

] Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было,[
нейтральность?
] тем более, не мог продолжить разработку.

Принцип вращения двигателя. Роторный двигатель: принцип работы

Роторный двигатель внутреннего сгорания (или как его еще называют роторно-поршневой, так как сам ротор выполняет роль поршня) был изобретен еще в 1957 году талантливыми инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Этот двигатель существенно отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания. В этой статье мы подробно рассмотрим эти основные отличия, а также преимущества и недостатки роторного двигателя перед обычным двигателем, и почему РПД до сих пор не так распространен, как обычный ДВС.

Основным отличием роторно-поршневого двигателя от обычного поршневого двигателя является отсутствие цилиндропоршневой группы, то есть с кольцами, и. А самое главное — отсутствие многих деталей газораспределительного механизма, что позволило сэкономить на производстве около тысячи деталей!

И в таком моторе деталей намного меньше, чем в привычном нам ДВС. Это хорошо видно на фото слева. И это далеко не все преимущества, а более подробно о достоинствах РПД написано ниже.

Преимущества роторного двигателя.

  • Меньшие габариты, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания (примерно в полтора, а то и в два раза). Это делает машину более вместительной и удобной в обслуживании.
  • Более высокая удельная мощность при меньшем объеме камеры сгорания, чем у обычного ДВС. Это достигается за счет того, что однороторный двигатель выдает мощность на три четверти оборота каждого вала. А на привычном нам обычном двигателе мощность выдается только в течение одной четверти оборота коленчатого вала.
  • Деталей меньше (около тридцати), а у обычного ДВС несколько сотен деталей.
  • Способность развивать высокую скорость при отсутствии вибрации, так как отсутствует кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращательное.
  • Низкая вибрация и двигатель хорошо сбалансирован.
  • Отличные динамические показатели автомобиля с РПД, а на пониженной передаче можно легко разогнаться более ста км/ч.
  • Ну и главный плюс, который, я считаю, вернет эти моторы на дороги в будущем, это меньшая склонность к детонации, по сравнению с обычным ДВС.Это означает, что в качестве топлива можно использовать не только бензин, но и водород — топливо будущего.

Так почему же такой двигатель не стал популярен у автопроизводителей (кроме Mazda) и до сих пор распространены обычные двигатели? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим недостатки роторно-поршневого двигателя (РПД).

Недостатки роторного двигателя.

Помимо множества достоинств, РПД имеет ряд недостатков, из-за которых не получил широкого распространения:

  • Повышенный расход топлива, особенно на низких оборотах, по сравнению с обычным двигателем.
  • Сложность производства, так как требуется очень высокая точность изготовления трущихся пар и очень качественные сплавы (легированные стали). Кроме того, в производстве должны быть очень дорогие, сложные и точные металлообрабатывающие станки, так как фреза должна проходить очень сложный путь при обработке (например, внутренней поверхности статора).
  • Быстрый износ уплотнений, так как площадь контакта мала, а скорость вращения вала большая. А при износе уплотнений из-за прорыва газов токсичность возрастает, резко теряется КПД двигателя и потеря мощности.
  • Более высокая склонность к перегреву, чем у обычных двигателей внутреннего сгорания. Из-за повышенного перегрева возникают даже проблемы с воспламенением смеси в камере, и для улучшения воспламенения на такие моторы устанавливают по два мотора на камеру. Две свечи ставят еще и потому, что камера сгорания имеет вытянутую плоскую форму, и одной свечи в ней мало.
  • В большинстве регионов ремонт таких двигателей невозможен, так как нет адекватных специалистов и запчастей.
  • Более частая замена моторного масла, в связи с тем, что ротор соединен с выходным валом через эксцентриковый механизм и получается большое давление между трущимися деталями. Помимо этого, высокая температура также приводит к быстрому износу двигателя, особенно если вовремя не менять масло, а, как я уже говорил, его надо менять чаще. Если вовремя менять масло, сальники и капитальный ремонт, то ресурс РПД будет достаточно большим. А у некоторых двигателей японской фирмы Mazda РПД может работать без поломок около трехсот тысяч км.

Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.

В роторном двигателе, как и в обычном двигателе внутреннего сгорания, вращение выходного вала (работа двигателя) происходит за счет сгорания топливно-воздушной смеси. И так же, как и в нашем обычном обычном двигателе, РПД имеет впускной канал, через который впрыскивается рабочая смесь, и выпускной канал, через который отводятся выхлопные газы.

Но главное отличие в том, что образующиеся при сгорании топлива газы давят не на поршень (поршни), а на ротор, и от этого ротор передает вращение через зубья шестерни и эксцентрики на ведущий вал. При этом сам ротор также играет роль газораспределителя (как в двухтактном моторе, но не совсем), и делит внутренний объем картера на три отдельные камеры.

И в каждой камере в определенный момент происходит всасывание рабочей смеси, сжатие, выброс рабочей смеси и сам рабочий ход от расширения газов, и выпуск отработавших газов (четыре такта).Это подробно показано на рисунке слева и описано ниже.

  1. Такт впуска … Смесь всасывается, когда соответствующий наконечник ротора проходит через впускное отверстие в картере. А при дальнейшем движении ротора объем соответствующей камеры увеличивается и создается разрежение, при котором рабочая смесь засасывается в камеру.
  2. Цикл сжатия … Далее при вращении ротора вход отсекается кромкой другой (соседней) вершины ротора, при этом объем камеры уменьшается, таким образом рабочая смесь сжимается и давление в камере увеличивается.Пик сжатия (самого высокого давления смеси) достигается в районе свечей зажигания.
  3. Цикл рабочего хода … В этот момент происходит разряд на двух свечах зажигания и, соответственно, вспышка сжатой рабочей смеси. От вспышки происходит сгорание и расширение продуктов сгорания, которые с силой толкают ротор, и от этого он проворачивает и вращает выходной вал.
  4. Цикл выпуска … Далее при вращении ротора кромка одной из вершин ротора проходит через выходное отверстие в картере, открывая его, и через это выходное отверстие под давлением выходят выхлопные газы.Далее первый ротор за счет силы инерции, а также за счет действия второго ротора, работающего асинхронно с первым ротором, продолжает свое вращение и приближается кромкой снова ко входу для нового такта впуска, и все повторяется заново.

Но как читатель понял из вышеизложенного, для лучшей балансировки РПД, а также снижения вибрации и предотвращения используют не один, а два ротора (см. фото выше, где РПД показан в разобранном виде).А сам ротор (роторы) немного смещен (эксцентрично) от выходного вала, ось которого расположена строго по центру и передает вращение валу, как бы перекатывая его по кругу.

Вращение передается действием шестерни ротора на шестерню вала (а шестерня вала находится внутри шестерни ротора), причем передаточное число рассчитывается так, что за один оборот ротора вал делает три оборота.

Основные части роторно-поршневого двигателя. Основной частью РПД является ротор в форме треугольника.При этом на каждой из трех слегка выпуклых плоскостей несущего винта имеются образцы (углубления — см. фото), которые изготавливаются на заводе с целью немного увеличить рабочий объем двигателя.

В каждую из трех вершин ротора вставлены уплотнительные пластины, которые герметизируют сам ротор относительно внутренней поверхности картера двигателя и делят внутреннюю полость картера на три камеры. Пластины с большой скоростью трутся о внутреннюю поверхность картера и естественно изнашиваются постепенно.Поэтому их вставляют в верхнюю часть ротора, чтобы при необходимости можно было заменить на новые вместо изношенных.

Также с каждой стороны ротора (ближе к центру — см. фото) имеются уплотнительные кольца, герметизирующие (отделяющие) полость камер от картера. Ну а в самом центре ротора жестко закреплена кольцевая шестерня (зубчатый венец), которая как бы обкатывает меньшую шестерню, прикрепленную к валу двигателя, и вращение передается на выходной вал.

Сам ротор (роторы) размещен в картере, а картер состоит из нескольких пластин, которые жестко соединены друг с другом, образуя несколько отсеков и разделяющих их стенок. Как правило, перегородка делит двигатель на две основные части (полости), каждая из которых имеет свой отдельный ротор (в двигателе обычно два ротора).

Каждая полость имеет вход и выход, а также сложную форму восьмерки, которую непросто изготовить. Кроме того, стенки должны быть выполнены из очень твердого материала, иначе они быстро изнашиваются, а от этого будет падать давление в камерах, а соответственно и мощность мотора.

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

Вал роторного двигателя похож на распредвал обычного двигателя внутреннего сгорания (см. фото), так как имеет эксцентрики, аналогичные кулачкам распредвала обычного двигателя… Вал выполнен так, что эксцентрики расположены на нем в противоположных сторонах вала. А когда при сборке на этих эксцентриках будут установлены два ротора (на подшипниках скольжения), то роторы будут работать в противофазе, помогая друг другу в своей работе.

То есть работа двух роторов будет аналогична работе двух поршней четвертого и второго цилиндров обычного четырехцилиндрового двигателя — один из них находится на начальном этапе впуска рабочей смеси, а другой на этап выпуска выхлопных газов.И именно за счет того, что роторы сидят на эксцентриках вала, при вращении роторов в противофазе будет вращаться и вал РПД, передавая вращение трансмиссии.

А как же использование роторно-поршневого двигателя на автомобилях — есть ли смысл?

Первым автопроизводителем, установившим РПД на свой автомобиль еще в конце 60-х годов прошлого века, была компания NSU (об их автомобиле, двигателе и автомобилях Mazda смотрите интересное видео под статьей).А производителем автомобилей, сумевшим поставить такие двигатели на поток, используя их на своих автомобилях, является всем известная японская Mazda.

Установленный на некоторых ее автомобилях РПД рабочим объемом всего 1,3 литра способен развивать мощность в 250 лошадей. Но и это еще не все, благодаря постоянному совершенствованию своих роторных двигателей им удалось значительно снизить расход топлива и масла, а главное снизить токсичность. Это позволило вывести автомобили с РПД на европейский рынок, наиболее строгий с точки зрения экологических норм.

Кроме того, в 1995 году был разработан новейший РПД, получивший название RENESIS, что означает «новый жизненный роторный двигатель». Этот двигатель впервые был установлен на новый концепт-кар Mazda RX-01 и показал отличную динамику разгона. Усовершенствованная версия такого мотора была установлена ​​в 1999 году на спортивный концепт-кар «RX-EVOLV». Этот двигатель планируется серийно устанавливать на автомобиль Mazda RX-8.

Большая экономичность нового двигателя была достигнута за счет применения более совершенных форсунок и использования боковых окон для отвода выхлопных газов.Также были установлены усовершенствованные свечи зажигания, значительно улучшившие полноту сгорания топлива.

Кроме того, выпускной коллектор выполнен с двойной стенкой, что позволяет повысить температуру выхлопных газов и быстро прогреть каталитический нейтрализатор даже при минусовой температуре окружающего воздуха. Ну и улучшена система смазки с мокрым картером, а количество масла в картере уменьшено вдвое по сравнению с обычными РПД. Ну и помимо идеальной плавности работы нового двигателя улучшен звук выхлопа, что нельзя описать, это нужно услышать.

Многие могут сказать, что несмотря на множество преимуществ, технология производства таких двигателей достаточно сложна и требует новейшего оборудования… Но ведь многие высокотехнологичные детали, которые сейчас стоят на многих серийных автомобилях, когда-то казались сложными и не практичны и использовались только на спортивных автомобилях.

Например, когда это никелированный цилиндр серийного двигателя, или вентилируемые тормозные диски, казалось сложным, дорогим и сложным в реализации, а сейчас на большинстве серийных автомобилей это обычное явление.

Сейчас ведутся работы по использованию водородного топлива на таких двигателях, т.к. роторный двигатель не склонен к детонации и способен работать на водороде, и скорее всего будущее за РПД, поживем увидим.

Говорят, что Феликс Ванкель изобрел роторный двигатель в 17-летнем возрасте. Однако первые чертежи двигателя были представлены Ванкелем только в 1924 году, когда он окончил среднюю школу и начал работать в техническом издательстве. Позже он открыл собственную мастерскую и в 1927 году представил первый вращающийся поршневой двигатель.С этого момента его двигатель начинает свой долгий путь по подкапотному пространству автомобилей многих марок.

NSU Spider
К сожалению, во время ВОВ роторный двигатель никому не был нужен, так как он не прошел достаточной «обкатки» в автомобильном сообществе, и только после ее завершения чудо-двигатель начинает «ломаться» выйти в народ». В послевоенной Германии первой фирмой, заметившей интересный агрегат, была NSU. Именно двигатель Ванкеля должен был стать ключевой особенностью модели.В 1958 году началась разработка первого проекта, а в 1960 году готовая машина была показана на конференции немецких конструкторов.

NSU Spider поначалу вызывал у дизайнеров лишь смех и легкое недоумение. По заявленным характеристикам двигатель Ванкеля развивал всего 54 л.с. и многие посмеивались над этим, пока не узнали, что разгон до 100 км/ч у этой 700-килограммовой малышки составляет 14,7 секунды, а максимальная скорость — 150 километров в час. Такие характеристики шокировали многих конструкторов автомобилей.Двигатель безусловно произвел фурор в автомобильной среде, но Ванкель на этом не остановился.

NSU Ro-80
Интересно, что не NSU Spider сделал Феликса Ванкеля популярным, а его вторая машина, NSU Ro-80. Он был представлен в 1967 году, сразу после прекращения производства предыдущей модели. Компания решила не медлить и как можно быстрее освоить «роторный рынок». Седан оснащался 1,0-литровым двигателем, развивавшим 115 лошадиных сил.Автомобиль, весивший всего 1,2 тонны, разгонялся до «сотни» за 12,8 секунды и имел максимальную скорость в 180 км/ч. Сразу после выпуска автомобиль получил статус «Авто года», о роторном двигателе стали говорить как о двигателе будущего, а лицензии на производство роторных двигателей Феликса Ванкеля купило огромное количество автопроизводителей.


Однако сам НСУ Ро-80 имел ряд отрицательных качеств, которые были, без преувеличения, масштабными.Расход топлива у Ро-80 был от 15 до 17,5 литров на 100 км, а в топливный кризис просто ужас. Причем неопытные водители очень часто так быстро «убивали» эти хрупкие двигатели, что они не успевали проехать и двух тысяч километров. Но, даже не смотря на это, машина пользовалась бешеной популярностью, а роторный двигатель укрепил свои позиции.

Mercedes C111
В 1970 году на Женевском автосалоне Mercedes представил C111 с роторным двигателем.Правда, он был анонсирован годом раньше, но это был лишь прототип, который, однако, имел просто заоблачные характеристики. Автомобиль оснащался трехсекционным двигателем объемом 1,8 литра мощностью 280 лошадиных сил. Mercedes C111 разгонялся до 100 км/ч за 5 секунд и имел максимальную скорость 275 км/ч.


Представленная в Женеве версия даже превзошла эти показатели: максимальная скорость составляла 300 километров в час, а до отметки в 100 км/ч можно было добраться за 4.8 секунд. При этом роторный двигатель выдавал целых 370 лошадиных сил. Этот автомобиль был уникален по своей природе и пользовался просто огромной популярностью у автомобилистов, но Mercedes не собирался снова пускать С111 на конвейер из-за чрезмерно прожорливого двигателя. К сожалению, машина так и осталась на стадии прототипа, тем самым практически похоронив роторный двигатель.

Мазда космо спорт
Казалось бы, роторный двигатель канул в Лету и окончательно скрылся из виду, если бы не японцы, пристально наблюдавшие за детищем Ванкеля.Mazda Cosmo Sport стала первым автомобилем компании из Страны восходящего солнца, который был оснащен этим замечательным двигателем. В 1967 году началось серийное производство этого автомобиля, и оно не увенчалось успехом – свет увидели всего 343 машины. Это связано с ошибкой в ​​конструкции автомобиля: изначально Cosmo Sport имел 1,3-литровый двигатель мощностью 110 лошадиных сил, разгонялся до 185 км/ч с помощью 4-ступенчатой ​​механической коробки передач, но имел обычную тормозную систему и, как показалась разработчикам слишком короткой колесной базой.


В 1968 году японцы выпустили вторую серию Mazda Cosmo Sport, которая получила 128-сильный роторный двигатель, 5-ступенчатую механическую коробку передач, улучшенные 15-дюймовые тормоза и более длинную колесную базу. Теперь машина лучше чувствовала себя на дороге, разгонялась до 190 км/ч и имела хорошие продажи. Всего было выпущено около 1200 автомобилей.

Mazda Parkway Rotary 26
Mazda настолько понравился двигатель Феликса Ванкеля, что в 1974 году родился Parkway Rotary 26 — единственный в мире автобус с роторным двигателем.Он был оснащен 1,3-литровым агрегатом, который выдавал 135 л. от. и, что немаловажно, обладал низким уровнем содержания вредных веществ в выхлопных газах.


Вместе с 4-ступенчатой ​​механической коробкой передач 3-тонный автобус мог легко набирать скорость 160 км/ч и имел достаточно вместительный салон… Цифра 26 в названии означала количество мест на автобус, но была и люксовая версия на 13 человек. Модель отличалась низким уровнем вибрации и тишиной в салоне, что обеспечивалось плавной работой роторного двигателя.Производство модели завершилось в 1976 году, но, к слову, машина пользовалась довольно большой популярностью.

Mazda RX-8
С производством автомобилей с роторным двигателем «Мазда» не останавливалась вплоть до XXI века. А спортивное четырехместное заднеприводное купе с распашными дверями без стойки Mazda RX-8 стало настоящей иконой для автомобилистов. Последняя версия автомобиля оснащалась 1,3-литровым двигателем мощностью 215 л.с. от. и 6-ступенчатым автоматом, а также 1,3-литровым двигателем мощностью 231 л.с.от. с крутящим моментом 211 Нм и 6-МКПП. Кроме того, это, несомненно, самый красивый член семейства роторных.


Казалось, что на смену RX-7 пришла единственная серийная модель с роторным двигателем, которая останется живым символом этого изобретения, но с 2004 года продажи купе стали падать. Настолько, что к 2010 году сократить с 25 000 автомобилей до 1 500 в год. Mazda попыталась спасти положение, но инженеры компании не смогли исправить все проблемы — повысить экологичность, снизить вес, снизить расход топлива и улучшить крутящий момент.Кроме того, начавшийся кризис вынудил японцев отказаться от вложений денег в проект, не приносящий отдачи. Поэтому в августе 2011 года было объявлено о снятии с производства Mazda RX-8.

«ВАЗ-2109-90»
Однажды был байк: мол, на скорости 200 км/ч «девятка» ГИБДД догоняет летящий Мерседес. И многие восприняли эту историю как шутку. Но в каждой шутке есть доля правды. И определенно в этой забавной истории правды гораздо больше, чем лжи.В России также выпускались автомобили с роторным двигателем. В 1996 году был разработан опытный образец ВАЗ-2109-90 с роторно-поршневым двигателем большой мощности. Указывалось, что по динамическим и скоростным качествам автомобиль должен превосходить все модели автомобилей отечественного производства. Ведь под капотом «девятки» был установлен 140-сильный роторный двигатель, который разгонял машину до 100 км. /ч всего за 8 секунд и имел максимальную скорость 200 км/ч. Вдобавок ко всему, в багажнике установили топливный бак емкостью 39 литров, ведь расход бензина был огромным.Благодаря этому можно было проехать из Москвы в Смоленск и обратно без дозаправки.


Позже были представлены еще 2 «заряженные» модификации «девятки»: роторный двигатель, развивающий 150 лошадиных сил, и форсированный вариант с 250 «кобылами». Но из-за такой избыточной мощности агрегаты очень быстро пришли в негодность – всего 40 тысяч километров пробега. Правда, в России этот тип автомобилей не прижился из-за высокой цены автомобиля, большого расхода топлива и высоких затрат на обслуживание.

Обычно «сердцем» машины является цилиндро-поршневая система, то есть в ее основе лежит возвратно-поступательное движение, но есть и другой вариант — роторный двигатель автомобилей .

Машины с роторным двигателем — главное отличие

Основная сложность в работе ДВС с классическими цилиндрами заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения поршней в крутящий момент, без которого колеса не будут вращаться. Именно поэтому с момента создания первого ученые и механики-самоучки ломали голову над тем, как сделать двигатель с исключительно вращающимися узлами.Это удалось немецкому специалисту по самородкам Ванкелю.

Первые эскизы были разработаны им в 1927 году, после окончания средней школы. Позже механик купил небольшую мастерскую и взялся за свою идею. Результатом многолетней работы стала действующая модель роторного двигателя внутреннего сгорания, созданная в сотрудничестве с инженером Вальтером Фройде. Механизм получился похожим на электродвигатель, то есть в его основе лежал вал с треугольным ротором, очень похожим на треугольник Рело, который был заключен в камеру овальной формы.Углы упираются в стены, создавая с ними герметичный подвижный контакт.

Полость статора (корпуса) разделена сердечником на число камер, соответствующее числу его сторон, и за один оборот ротора отрабатываются: впрыск топлива, зажигание, выброс отработавших газов. На самом деле их, конечно, 5, но двумя промежуточными, сжатием топлива и расширением газа, можно пренебречь. За один полный цикл приходится 3 оборота вала, а если учесть, что два ротора обычно устанавливаются в противофазе, то автомобили с роторным двигателем имеют в 3 раза большую мощность, чем классические цилиндро-поршневые системы.

Насколько популярен роторный дизельный двигатель?

Первыми автомобилями, на которые был установлен ДВС Ванкеля, были автомобили NSU Spider 1964 года выпуска, мощностью 54 л.с., что позволяло разгонять автомобили до 150 км/ч. Далее в 1967 году была создана скамья версия седана НСУ Ро-80, красивая и даже элегантная, с зауженным капотом и чуть более высоким багажником. Он так и не пошел в серийное производство. Однако именно этот автомобиль подтолкнул многие компании к покупке лицензий на роторный дизельный двигатель… К ним относятся Toyota, Citroen, GM, Mazda. Новинка нигде не прижилась. Почему? Это было связано с его серьезными недостатками.

Камера, образованная стенками статора и ротора, значительно превышает объем классического цилиндра, топливно-воздушная смесь неравномерна … Из-за чего, даже при использовании синхронного разряда двух свечей, полная сгорание топлива не обеспечивается. В результате двигатель внутреннего сгорания неэкономичен и не экологичен.Именно поэтому, когда разразился топливный кризис, NSU, делавшая ставку на роторные двигатели, была вынуждена слиться с Volkswagen, где отказались от дискредитировавших себя Ванкелей.

Mercedes-Benz выпустил всего две машины с ротором — С111 первой (280 л.с., 257,5 км/ч, 100 км/ч за 5 секунд) и второй (350 л.с., 300 км/ч, 100 км/ч за 4,8 сек) генерация. Chevrolet также выпустил два тестовых автомобиля Corvette с двухсекционным двигателем мощностью 266 л.с. и с четырехсекционным 390 л.с., но все ограничилось их демонстрацией.За 2 года, начиная с 1974 года, Ситроен выпустил 874 автомобиля citroen GS Birotor мощностью 107 л.с., затем их отозвали на ликвидацию, но около 200 осталось у автомобилистов. А это значит, что вполне вероятно встретить их сегодня на дорогах Германии, Дании или Швейцарии, если, конечно, их владельцам дан капитальный ремонт роторного двигателя.

Мазда смогла наладить самое стабильное производство, с 1967 по 1972 год было выпущено 1519 автомобилей Cosmo, воплощенных в две серии 343 и 1176 автомобилей.В этот же период в серийное производство было запущено купе Luce R130. «Ванкели» начал делать ставку на все без исключения модели mazda с 1970 года, включая автобус Parkway Rotary 26, развивающий скорость до 120 км/ч при массе 2835 кг. Примерно в то же время в СССР началось производство роторных двигателей, правда, без лицензии, а потому до всего дошли умом на примере разобранной Ванкеля с НСУ Ро-80.

Разработка велась на заводе ВАЗ.В 1976 году был качественно изменен двигатель ВАЗ-311, а спустя шесть лет начала серийно выпускаться марка ВАЗ-21018 с ротором мощностью 70 л.с. Правда, вскоре на всю серию поставили поршневой двигатель внутреннего сгорания, так как все Ванкели ломались при обкатке, и роторный двигатель пришлось заменить. С 1983 года с конвейера стали сходить модели Ваз-411 и Ваз-413 мощностью 120 и 140 л.с. соответственно. Ими были укомплектованы отряды ГИБДД, МВД и КГБ.В настоящее время роторы обслуживает исключительно Mazda.

Возможен ли ремонт роторного двигателя своими руками?

Самостоятельно что-либо сделать с ДВС Ванкеля достаточно сложно. Самое доступное действие – замена свечей. На первых моделях они монтировались непосредственно в неподвижный вал, вокруг которого вращался не только ротор, но и сам корпус. В дальнейшем, наоборот, статор сделали стационарным, установив в его стенку 2 свечи напротив впрыскивающего и выпускного клапанов.Любые другие ремонтные работы, если вы привыкли к классическому поршневому двигателю внутреннего сгорания, практически невозможны.

Двигатель Ванкеля имеет на 40% меньше деталей, чем стандартный ДВС, в основе которого лежит ЦПГ (цилиндропоршневая группа).

Опорные вкладыши валов меняем, если начинает просвечиваться медь, для этого снимаем шестерни, заменяем и снова напрессовываем шестерни. Затем осматриваем сальники и при необходимости меняем и их. При ремонте роторного двигателя своими руками будьте внимательны при снятии и установке пружин маслосъемных колец, передние и задние отличаются по форме.Торцевые пластины при необходимости также заменяются, и они должны быть установлены в соответствии с буквенной маркировкой.

Угловые уплотнения в первую очередь монтируются с лицевой стороны ротора, их желательно посадить на зеленую смазку Castrol, чтобы зафиксировать при сборке механизма. После установки вала устанавливаются задние угловые уплотнения. Нанесите прокладки на статор и смажьте их герметиком. Вершины с пружинами вставляются в угловые уплотнения после размещения ротора в корпусе статора.В последнюю очередь прокладки передней и задней секций смазывают герметиком перед креплением крышек.

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

Конструктивные особенности роторно-поршневых двигателей Wenckel

Впервые этот тип двигателя был разработан в 1957 году двумя инженерами: Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем.На вал установлен ротор, имеющий жесткое соединение со специальной шестерней. Это колесо входит в зацепление со статором, который выглядит как стационарная шестерня. Диаметр ротора больше диаметра статора, что позволяет зубчатому колесу полностью обкатывать статор. Каждая вершина граней ротора движется по эпитрохоидальной поверхности и разделяет три постоянно меняющихся объема.


Данная конструкция позволяет выполнять действия всех четырех мер любого из существующих двигателей внутреннего сгорания, причем без использования механизма, отвечающего за газораспределение.Камеры сгорания уплотнены с помощью специальных пружинных лент и пластин, которые прижимаются к поверхности цилиндра давлением, создаваемым газом. Поскольку роторно-поршневой двигатель не имеет ремня ГРМ, это делает его конструкцию намного проще, чем у любого другого двигателя. Кроме того, отсутствие различных тяжелых элементов, таких как шатуны и коленчатый вал, позволяют сделать его намного меньше, а мощность увеличивается. Один оборот такого двигателя равен одному циклу, что можно сравнить с полным оборотом двухцилиндрового поршневого двигателя.

Подача топлива в камеру сгорания, смазка подвижных частей двигателя, охлаждение и пуск осуществляются так же, как и на обычном двигателе внутреннего сгорания. Расход топлива может варьироваться от

Видео — Как работает РДП

Преимущества и недостатки РДП

Преимущества

1. Во-первых, у этого мотора самый низкий уровень вибрации. Его конструкция абсолютно сбалансирована и делает управление легковым автомобилем намного комфортнее.

2. Очень высокие динамические характеристики. Такой двигатель позволяет разогнать автомобиль на первой передаче до 100 километров в час при малой нагрузке на механизмы. Двигатель длительное время поддерживает скорость до 8000 об/мин.

3. Движущиеся части очень легкие, а ротор двигателя обеспечивает мощность на всех четвертях каждого оборота. Это позволяет достичь достаточно высокой удельной мощности, в отличие от обычного поршневого двигателя. Для сравнения, роторно-поршневой двигатель с рабочим объемом 1.3 литра выдает мощность, равную 220 лошадиным силам, в то время как обычный поршневой двигатель того же рабочего объема выдает мощность, не превышающую 100 лошадиных сил.

4. Вместо сотен различных деталей в роторно-поршневых двигателях используется всего 2-3 десятка. Кроме того, размер и вес РПД намного меньше, чем у обычных шатунных и коленчатых двигателей.


недостатки

1. Соединение вала ротора с выходным валом посредством эксцентрикового механизма вызывает слишком большое давление между соединенными трющимися частями.Это приводит к ненужному перегреву двигателя и повышенному износу деталей механизма. В связи с этим возникает острая необходимость в периодической замене масла и уплотнительных элементов. Если эти требования выполнять в соответствии с регламентом, то ресурс двигателя значительно возрастет, в противном случае происходит поломка, которая непременно выведет агрегат из строя. .

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

3. На пониженной передаче такой двигатель имеет очень высокий расход топлива по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания.

4. Площадь контакта уплотнений с вращающимися деталями быстро уменьшается, что свидетельствует о быстром износе уплотнений, что способствует утечке смазки и попаданию масла в камеру сгорания.В результате выхлоп очень токсичен, а срок службы двигателя быстро сокращается. Тем не менее эта проблема была устранена за счет использования при изготовлении РПД высоколегированных сталей.

5. В связи с жесткими требованиями к геометрии всех частей механизма возникает потребность в высокоточном оборудовании для изготовления таких двигателей. Это усложняет и удорожает производственный процесс.

Где используются роторно-поршневые двигатели?

Изначально разработка роторно-поршневых двигателей велась для спортивных автомобилей…Ведь для гоночных машин не столь важен большой ресурс, так как ремонт поршневых двигателей также требовался после первого пробега.

В серийном производстве РПД устанавливался на автомобили немецкого производства. Это был седан представительского класса NSU Ro 80. Автомобиль был достаточно современным для своего времени, так как обладал привлекательным дизайном и хорошими аэродинамическими свойствами. Однако из-за серьезных недостатков роторно-поршневые двигатели, связанные со слишком частым обслуживанием, получили отрицательную оценку, в связи с чем стали оснащаться обычными поршневыми двигателями.Это связано с тем, что двигатель приходил в негодность после 50 тысяч километров пробега, что было малозатратным показателем.

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

› Роторный двигатель

Роторный двигатель: принцип работы

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

Роторный двигатель, как и традиционный поршневой двигатель, является двигателем внутреннего сгорания, но работает совершенно по-другому.В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) поочередно происходят четыре различных работы — впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).

Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном объеме (камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Это как если бы для каждого цикла использовался отдельный цилиндр, и поршень перемещался бы от одного цилиндра к другому.
Принцип работы роторного двигателя.

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, которое создается за счет сжигания смеси воздуха и топлива.В поршневых двигателях это давление накапливается в цилиндрах и перемещает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое можно использовать для поворота колес автомобиля.

В роторном двигателе давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры с закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.

Роторный двигатель


Роторный двигатель Mazda RX-7 Ротор и корпус: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распределительные валы в поршневых двигателях.

Ротор соединен со стенками камеры в каждой из трех ее вершин, создавая три отдельных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Цепная реакция засасывает воздух и топливо в рабочую камеру, сжимает смесь, расширяясь, совершает полезную работу, затем выталкиваются выхлопные газы, всасывается новая порция воздуха и топлива и так далее.

Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы понять, как он работает, но сначала давайте взглянем на более новые модели транспортных средств с роторным двигателем.

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторными двигателями. Спорткар RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport 1967 года.



Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не угасла. Mazda RX-8, новейший спортивный автомобиль Mazda, оснащен новейшим роторным двигателем RENESIS.Этот безнаддувный двухроторный двигатель, названный лучшим двигателем 2003 года, развивает мощность около 250 лошадиных сил.

Конструкция роторного двигателя.

Роторный двигатель имеет систему зажигания и впрыска топлива, очень похожую на ту, что используется в поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, ведь ничего знакомого вы не увидите.

Ротор имеет три выпуклые стороны, каждая из которых действует как поршень.
Каждая сторона ротора имеет углубление, которое увеличивает скорость ротора в целом, обеспечивая больше места для топливно-воздушной смеси.


В верхней части каждой стороны находится металлическая пластина, образующая камеры, в которых работает двигатель. Стенки этих камер образуют два металлических кольца с каждой стороны ротора. В середине ротора находится круг с множеством зубцов. Они соединены с исполнительным механизмом, прикрепленным к выходному валу. Это соединение определяет траекторию и направление движения ротора внутри камеры.

Камера двигателя имеет приблизительно овальную форму (а если быть точным, то это эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, представляющую собой плоскую кривую, образованную неподвижной точкой круга, катящегося по другому кругу).Форма камеры разработана таким образом, что три вершины ротора всегда соприкасаются со стенкой камеры, образуя три замкнутых объема газа.


В каждой части камеры происходит одно из четырех ударов:

Впуск
Сжатие
Горение
Выпуск
Впускное и выпускное отверстия расположены в стенках камеры и клапанов на них нет. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выхлопной трубой, а впускное отверстие напрямую соединяется с газом.

Выходной вал

Выходной вал имеет полукруглые выступы кулачка, которые смещены от центра, т. е. смещены от осевой линии вала. Каждый ротор скользит по одному из этих выступов. Выходной вал аналогичен коленчатому валу в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает собственный кулачок.


Так как кулачки установлены несимметрично, сила, с которой на них давит ротор, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.
Теперь давайте посмотрим, как взаимодействуют эти части.

Конструкция роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторные двигатели состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе длинными болтами, расположенными по кругу. Теплоноситель проходит через все части конструкции.

Два внешних слоя закрыты и содержат подшипники выходного вала. Они также герметизированы в основных секциях камеры, где находятся роторы. Внутренняя поверхность этих деталей очень гладкая и помогает роторам работать.Секция подачи топлива расположена в конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора находятся две большие шестерни, которые вращаются вокруг меньших шестерен и прикреплены к корпусу двигателя. Это орбита вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и обычный поршневой двигатель.А вот в роторном все происходит совсем по-другому.

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это несколько эквивалентно поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом закругленном лепестке выходного вала. Этот лепесток смещен от осевой линии вала и действует как кривошип на лебедке, давая ротору место для вращения выходного вала. В то время как ротор вращается внутри корпуса, он проталкивает лепесток внутрь жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.
По мере вращения ротора в корпусе три отсека внутри меняют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Пройдемся по всем 4 моторным отсекам.

Первая фаза начинается, когда верхняя часть ротора находится на уровне отсека подачи. В тот момент, когда кормовая камера открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит камеру подачи, объем камеры расширяется и впрыскивает воздух/топливо в основной отсек.Как только ротор проходит камеру подачи, отсек полностью изолируется и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение через основной отсек, пространство в отсеке становится меньше, и воздушно-топливная смесь сжимается. Как только ротор проходит отсек свечи зажигания, объем камеры снова уменьшается до минимума. В это время смесь воспламеняется.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания.Камера сгорания достаточно длинная, одной свечи мало. Как только свечи зажигания зажгут воздушно-топливную смесь, давление в отсеке резко возрастет, приводя в движение ротор. Давление в камере сгорания продолжает расти, вызывая движение ротора и расширение отсека. Газы от сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока ротор не пройдет выхлопное отделение.

После прохождения ротором выпускного отсека дымовые газы под высоким давлением свободно поступают в выхлопную трубу… По мере того, как ротор продолжает движение, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К этому времени объем камеры снова падает до минимума, и цикл начинается заново.

Отличия и проблемы

Роторный двигатель имеет много отличий от обычного поршневого двигателя.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше деталей, чем, скажем, 4-цилиндровый поршневой двигатель. Двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал.Даже самый простой 4-цилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, шток, клапаны, коромысла, пружины клапанов, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимальное количество движущихся частей позволяет роторным двигателям достичь более высокой надежности. Вот почему некоторые производители самолетов (например, Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части роторного двигателя постоянно вращаются в одном и том же направлении, в отличие от постоянно меняющегося направления поршней в обычном двигателе.Роторный двигатель использует сбалансированные вращающиеся противовесы для подавления любых вибраций. Отдача мощности в роторном двигателе также мягче. Каждый цикл сгорания происходит за один оборот ротора на 90 градусов, выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый цикл сгорания занимает 270 градусов, за которые поворачивается выходной вал. Это означает, что один роторный двигатель производит три четверти мощности. По сравнению с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота или только четверть оборота коленчатого вала.

Медлительность

Из-за того, что роторы вращаются на одну треть оборота выходного вала, основные части двигателя вращаются медленнее, чем детали в обычном поршневом двигателе. Это также помогает с надежностью.

Проблемы

Наиболее важные проблемы в производстве роторных двигателей:

Трудно (но не невозможно) адаптироваться к нормам выбросов CO2 в окружающую среду, особенно в США.

Производство может быть намного дороже, в большинстве случаев из-за мелкосерийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.

Потребляют больше топлива, так как термодинамическая эффективность поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также из-за низкой степени сжатия.

5 лет

Чем отличается роторный двигатель. Роторный двигатель: принцип работы

Вращающиеся треугольники Рело от Mazda возвращаются в массы, но явно под другим соусом…

Еще в марте Мартин тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, активизировал энтузиастов по всему миру простым заявлением о возвращении в производство роторного двигателя Ванкеля.

В частности, тен Бринк заявил, что роторный двигатель внутреннего сгорания может стать элементом для расширения диапазона движения. электромобиль 2019 модельного года но на тот момент это был только слух. «Мазда пока не анонсировала никаких конкретных продуктов . Тем не менее, Mazda по-прежнему привержена работе над технологией роторных двигателей. «, — говорится в комментарии вице-президента Mazda в Mazda Motor of America.

Так что же такого особенного в этом легендарном паровозе, который поразил всех своим возвращением? И почему на этот раз все могло быть иначе?

Как он работает

Элементы системы двигателя


Нажмите, чтобы увеличить

Роторный двигатель внутреннего сгорания по форме напоминает бочку.На нем и в нем вы не найдете многих компонентов, к которым вы привыкли в стандартном поршневом моторе. Во-первых, у него нет поршней, идущих вверх-вниз. Вместо них полезную работу совершает треугольный поршень необычной формы с закругленными краями (треугольник Рело). Их количество может варьироваться от одного до трех в одном двигателе, но чаще всего используется схема с двумя поршнями, вращающимися вокруг вала посредством эксцентриковой полой центральной части.


Топливо и воздух нагнетаются в пространство между бортами роторов и внутренними стенками коробки, где происходит воспламенение смеси.Быстрое взрывное расширение газов вращает ротор, который, таким образом, вырабатывает энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает его легче и компактнее, чем поршневой двигатель с эквивалентным рабочим объемом.

С карбюратором/впуском в левом нижнем углу изображения, источником воспламенения справа и выхлопом в правом верхнем углу можно нарисовать визуальную схему, показывающую операцию , начиная с впуска топливно-воздушной смеси:


Затем ротор поворачивает эксцентриковый вал и увеличивает давление в камере сгорания:


Источник зажигания (или две свечи зажигания, как во многих двигателях Ванкеля) запускает процесс зажигания:


Это сгорание топлива и воздуха раскручивает ротор во время рабочего хода:


Наконец двигатель выплевывает и остатки несгоревшего топлива наружу:


Мало кто знает, но изначально роторный двигатель изобрели почти 100 лет назад, а не в 50-х годах ХХ века.Изначально принцип работы мотора разработал Феликс Ванкель, немецкий инженер, изобретший собственный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Преимущество № 1: Роторный двигатель легче и компактнее обычного поршневого двигателя

Война, поднявшая одних инженеров, например Фердинанда Порше, не дала другим возможности развиваться. Мирные двигатели Ванкеля в опасные времена были не нужны, поэтому изобретателю пришлось ждать до 1951 года, когда он получил приглашение от автопроизводителя NSU на разработку прототипа.Немецкая компания решила пойти на хитрость, чтобы узнать, так ли хорош оригинальный двигатель, заодно дав возможность продемонстрировать силу другому инженеру — Хансу Дитеру Пашке.

Сложная конструкция Ванкеля фактически проиграла простому прототипу, разработанному инженером Ханнсом Дитером Пашке, который просто убрал из первоначальной конструкции все лишнее, сделав ее производство экономически выгодным.

Так в Германии был изобретен и испытан новый двигатель Mazda, который на протяжении многих десятилетий был одним из немногих роторно-поршневых серийных моторов и единственным в 21 веке.

Современный двигатель Ванкеля не совсем двигатель Ванкеля.

Да, базовым роторным двигателем от Ванкеля стала самая удачная конструкция этого двигателя в мире и единственная, которая смогла дойти до серийного производства.

Еще в начале 60-х у NSU и Mazda было дружеское совместное соревнование по производству и продаже первого автомобиля с двигателем типа Ванкеля, поскольку они работали над сырым продуктом, пытаясь создать из него качественный продукт.

NSU стал первым на рынке в 1964 году.А вот немецкой компании не повезло: она испортила свою репутацию за следующее десятилетие ненадлежащим качеством продукции. Частые отказы, раз за разом владельцы отправляли к дилеру и в магазин за запчастями. Вскоре нередко можно было встретить модели NSU Spider или Ro 80, в которых были заменены три или более роторных двигателя Ванкеля.


Проблема заключалась в верхних уплотнениях ротора — тонких полосках металла между наконечниками вращающегося ротора и корпусами ротора. НСУ сделал их трехслойными, что вызвало неравномерный износ… Это была бомба замедленного действия не только для автомобилей компании, но и для самого автопроизводителя. Mazda решила проблему уплотнений (чрезвычайно важный элемент мотора, без которого он просто не мог бы работать из-за отсутствия давления), сделав их однослойными. Силовой агрегат начали устанавливать в 1967 году на спортивные люксовые модели Cosmo…

В начале 70-х Mazda представила целую линейку автомобилей с двигателем Ванкеля — мечта, разрушенная нефтяным кризисом 1973 года. Пришлось умерить аппетит и оставить двигатель там, где он больше всего нужен — в легком спортивном купе Mazda RX-7.С 1978 по 2002 год было выпущено более 800 тысяч этих легендарных спорткаров с необычным двигателем, аналогов которому уже не было.

Из Германии в Японию, из Японии в СССР — таков путь двигателя, разработанного в 1920-х годах. век Ванкеля

Любовь и ненависть


Поклонники техники любят роторные двигатели, потому что они разные. Многие автолюбители, хорошо разбирающиеся в технике, испытывали некую слабость к столь странному двигателю, который работает на обычном топливе, но при этом не похож на стандартный набор поршней, клапанов и прочих неотъемлемых частей обычного поршневого двигателя.

В зависимости от специфики двигателя ротор выдает мощность линейно до 7.000-8.000 об/мин — непрерывно, практически на одном уровне крутящего момента. Эта плоская полка крутящего момента и отличает его от подавляющего большинства поршневых двигателей внутреннего сгорания, в которых на высоких оборотах много мощности и ее недостаток на низких.

Роторный двигатель

автопроизводителям также понравился своей плавностью работы. Роторы, вращаясь вокруг центральной оси, не создают никаких вибраций по сравнению с поршневыми двигателями, у которых верхняя и нижняя точки движения поршня хорошо видны даже внутри салона автомобиля.

Но необычный двигатель — он как необъезженная лошадь, своенравное животное, поэтому, в отличие от поклонников идеи Ванкеля, концепт вызывает свою долю ненависти и у автолюбителей и механиков. И, казалось бы, почему?

Ведь двигатель имеет простую конструкцию: ни распредвала, ни привычной системы клапанов. Но за простоту приходится платить высокой точностью изготовления деталей. Они должны быть изготовлены безукоризненно, что значительно удорожает их стоимость по сравнению с запчастями для обычных поршневых двигателей.Во-вторых, таких запчастей в природе мало. И в-третьих, в мире почти нет специалистов, которые бы занимались ремонтом роторных двигателей. В Москве, говорят, парочка есть, но очередь на них на год вперед.

Из минусов можно также назвать своеобразную работу роторного силового агрегата. Конструкция предполагает сгорание масла в цилиндрах двигателя, где небольшие количества моторного масла закачиваются непосредственно в камеры сгорания.Это сделано для того, чтобы смазывать прилегающие участки роторов, вращающихся с бешеной скоростью. Голубоватый дым, который иногда идет из выхлопной трубы – признак неблагополучия, он отпугивает незнающих людей от моделей типа RX-7 или 8.

Роторные двигатели

также предпочитают минеральные масла синтетическим, а их конструкция означает, что вы должны время от времени доливать масло в этот ненасытный агрегат, чтобы он не выходил из строя.

Наконец, верхние уплотнения ротора, которые не удалось сделать NSU, недостаточно долговечны.Каждые 130-160 тыс. км мотор нуждается в капитальном ремонте. А это удовольствие, как вы уже знаете, дорогого стоит. А что такое 130 000 км? Пять-шесть лет эксплуатации? Этого будет недостаточно!

Наиболее чувствительны современные водители и к другим недостаткам роторных двигателей: высоким выбросам вредных веществ в атмосферу (что больше беспокоит Гринпис) и экономии топлива из-за склонности двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед ее отправкой домой (тут, конечно, удар по карману автовладельца).Да, у роторных двигателей отменный аппетит.

Для RX-8 частично решил эти проблемы, разместив вентиляционные отверстия по бокам камер сгорания. Но теперь борьба за экологию усилилась и предложенных улучшений оказалось недостаточно. Это была еще одна причина, по которой RX-8 стал последним автомобилем с двигателем Ванкеля под капотом. Он продавался 10 лет, с 2002 по 2012 год, но его убила окружающая среда.

Время вернуться снова


Вернемся к слухам Mazda о том, что компания может использовать какой-то роторный двигатель в качестве «расширителя запаса хода» для своего будущего электромобиля.Это имело бы смысл.

Еще в 2012 году Mazda арендовала в Японии 100 электромобилей Demio, они были хороши, но напрягал небольшой запас хода на одном заряде — менее 200 км.

После изучения случая в 2013 году Mazda создала прототип, который получил небольшой роторный двигатель, тот самый расширитель диапазона, который почти удвоил этот диапазон. Модель получила название «Mazda2 RE Range Extender».


Колеса прототипа приводились в движение электродвигателем, а 0.33-литровый, 38-сильный роторный мотор работал на подзарядку аккумуляторов электродвигателя, если они садились и поблизости негде было подзарядиться.

Поскольку роторный двигатель не мог передавать мощность на колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius. Скорее, трансмиссия Ванкеля представляла собой бортовой генератор, добавлявший энергию батареям.

Основным отличием внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от двигателя внутреннего сгорания является полное отсутствие двигательной активности, при этом возможно достижение высоких оборотов двигателя.Роторный двигатель, или иначе двигатель Ванкеля, имеет ряд других преимуществ, и мы рассмотрим их подробнее.

Общий принцип роторного двигателя

РДП заключен в овальный корпус для оптимального размещения треугольного ротора. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми частями рулежной дорожки являются ротор и статор. Основная двигательная функция в этом типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, похожего на овал.

Принцип работы основан на скоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.

Почему роторные двигатели не пользуются спросом?

Парадокс роторного двигателя в том, что он при всей простоте своей конструкции не так востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий очень сложные конструктивные особенности и трудности в выполнении ремонтных работ.

Конечно, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он нашел бы широкое применение в современном автомобилестроении, а возможно, мы бы и не узнали о существовании двигателя внутреннего сгорания, ведь роторный двигатель был спроектирован намного раньше .Так зачем же так усложнять конструкцию, попробуем разобраться.

К явным недостаткам роторного двигателя можно отнести отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объясняется конструктивными особенностями и условиями эксплуатации мотора. В процессе интенсивного трения ротора о стенки цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.

Для повышения герметичных свойств, особенно при ярко выраженной разнице температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают в разных частях цилиндра для повышения герметичности.

Для запуска двигателя используются только две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, которые позволяют ему выдавать КПД на 20% больше, по сравнению с двигателем внутреннего сгорания, за тот же период времени.

Роторный двигатель Желтышева — принцип действия:

Преимущества роторного двигателя

При небольших габаритах способен развивать большую скорость, однако в этом нюансе есть большой минус. Несмотря на небольшие размеры, именно роторный двигатель потребляет большое количество топлива, а ресурс двигателя составляет всего 65 000 км. Так, двигатель объемом всего 1,3 литра потребляет до 20 л. топлива на 100 км. Возможно, это и стало основной причиной отсутствия популярности этого типа моторов в массовом потреблении.

Цена на бензин во все времена считается актуальной проблемой человечества, учитывая, что мировые запасы нефти находятся на Ближнем Востоке, в зоне постоянных военных конфликтов, цены на бензин остаются достаточно высокими, а тенденции к их снижение в ближайшее время. Это приводит к поиску решений по минимальному расходу ресурсов не в ущерб мощности, что является основным аргументом в пользу двигателя внутреннего сгорания.

Все это вместе определило позицию роторных двигателей, как подходящего варианта для спортивных автомобилей.Однако всемирно известный производитель автомобилей Mazda продолжил дело изобретателя Ванкеля. Японские инженеры всегда стараются максимально использовать невостребованные модели, модернизируя и применяя инновационные технологии, что позволяет им сохранять лидирующие позиции на мировом автомобильном рынке.

Принцип работы роторного двигателя Ахриева на видео:

Новая модель Mazda, оснащенная роторным двигателем, по мощности не уступает передовым немецким моделям, производя до 350 лошадиных сил.При этом расход топлива был несравненно выше. Инженерам-конструкторам Mazda пришлось снизить мощность до 200 лошадиных сил, что позволило нормализовать расход топлива, но компактный размер двигателя позволил наделить автомобиль дополнительными преимуществами и составить конкуренцию европейским моделям автомобилей.

Роторные двигатели не прижились в нашей стране. Были попытки установить их на транспорт специализированных служб, но этот проект не получил должного финансирования.Поэтому все успешные наработки в этом направлении принадлежат японским инженерам компании Mazda, которая намерена в ближайшее время показать новую модель автомобиля с модернизированным двигателем.

Как работает роторный двигатель Ванкеля на видео

Принцип работы роторного двигателя

РПД работает за счет вращения ротора, поэтому мощность передается на коробку передач через муфту. Преобразующий момент заключается в передаче энергии топлива на колеса за счет вращения ротора из легированной стали.

Механизм работы роторно-поршневого двигателя:

  • сжатие топлива;
  • впрыск топлива;
  • обогащение кислородом;
  • сжигание смеси;
  • выброс продуктов сгорания топлива.

Как работает роторный двигатель показано на видео:

Ротор закреплен на специальном устройстве; при вращении образует независимые друг от друга полости. Заправка происходит в первую камеру топливовоздушной смесью… В дальнейшем его тщательно перемешивают.

Далее смесь переходит в другую камеру, где происходит сжатие и воспламенение, благодаря наличию двух свечей. В дальнейшем смесь перемещается в следующую камеру, из нее вытесняются части переработанного топлива, которые покидают систему.

Так происходит полный цикл работы роторно-поршневого двигателя, основанный на трех тактах работы всего за один оборот ротора. Именно японским разработчикам удалось значительно модернизировать роторный двигатель и установить в нем сразу три ротора, что позволяет значительно увеличить мощность.

Принцип работы роторного двигателя Зуева:

Сегодня усовершенствованный двухроторный двигатель сравним с двигателем внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, а трехроторный двигатель не уступает по мощности 12-цилиндровому двигателю внутреннего сгорания.

Не стоит забывать о компактных размерах двигателя и простоте устройства, что позволяет при необходимости провести ремонт или полную замену основных узлов двигателя. Таким образом, инженерам компании Mazda удалось дать вторую жизнь этому простому и производительному устройству.

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких скоростях и отсутствии движений, которые свойственны двигателю внутреннего сгорания. Именно это отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД еще называют двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и очевидные преимущества.

Ротор такого двигателя расположен в цилиндре. Сам корпус не круглый, а овальный, так что в него нормально помещается ротор треугольной геометрии.РПД не имеет коленчатого вала и шатунов, как и других деталей в нем нет, что значительно упрощает его конструкцию. Иными словами, в РПД нет около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания.

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

Удивительно, но поворотный блок представляет собой своего рода парадокс. Что это такое? А то, что у него гениально простая конструкция, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярен и применяется повсеместно.

Устройство и принцип действия роторного двигателя

Схема работы роторного двигателя чем-то совершенно отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, конструкция двигателя внутреннего сгорания, какой мы ее знаем, должна уйти в прошлое.А во-вторых, попытаться усвоить новые знания и понятия.

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, которое создается за счет сжигания смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях это давление накапливается в цилиндрах и перемещает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое можно использовать для вращения колес автомобиля.

РПД назван так из-за ротора, то есть той части двигателя, которая движется.Это движение передает мощность на сцепление и коробку передач. По сути, ротор выталкивает энергию из топлива, которое затем передается на колеса через трансмиссию. Сам ротор обязательно изготавливается из легированной стали и, как было сказано выше, имеет форму треугольника.

Капсула, в которой находится ротор, является своеобразной матрицей, центром мироздания, где происходят все процессы. Другими словами, именно в этом овальном корпусе находится:

  • прессование смеси;
  • впрыск топлива;
  • подача кислорода;
  • воспламенение смеси;
  • возврат сгоревших элементов в выпуск.

Короче говоря, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор установлен на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а бежит. Таким образом, внутри овального тела создаются изолированные друг от друга полости, в каждой из которых протекает один из процессов. Поскольку ротор треугольный, полостей всего три.

Начинается все так: в первой образовавшейся полости происходит подсос, то есть камера заполняется топливовоздушной смесью, которая здесь смешивается.После этого ротор вращается и выталкивает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется с помощью двух свечей.

Затем смесь поступает в третью полость, где части отработавшего топлива вытесняются в выхлопную систему.

Это полный цикл РПД. Но это не так просто. Мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. И эти действия происходят постоянно. Другими словами, процессы происходят сразу с трех сторон ротора.В результате всего за один оборот агрегата повторяются три цикла.

Кроме того, японские инженеры смогли усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Mazda имеют не один, а два или даже три ротора, что значительно увеличивает производительность, особенно по сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а трехроторный — с двенадцатицилиндровым.Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и сразу распознали преимущества роторного двигателя.

Опять же, производительность не является одной из сильных сторон RPD. У него их много. Как было сказано выше, роторный двигатель очень компактен и в нем используется на тысячу деталей меньше, чем в том же двигателе внутреннего сгорания. В РПД всего две основные части — ротор и статор, и нет ничего проще.

Принцип работы роторного двигателя

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил многих талантливых инженеров удивленно поднять брови.И сегодня талантливые инженеры компании Mazda заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли поверить в работоспособность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да еще какую вторую жизнь!




Ротор имеет три выпуклые стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление, что увеличивает скорость ротора в целом, обеспечивая больше места для топливно-воздушной смеси.В верхней части каждой грани есть металлическая пластина, образующая камеры, в которых работает двигатель. Стенки этих камер образуют два металлических кольца с каждой стороны ротора. В середине ротора находится круг с множеством зубцов. Они соединены с исполнительным механизмом, прикрепленным к выходному валу. Это соединение определяет траекторию и направление движения ротора внутри камеры.

Камера двигателя приблизительно овальной формы (а если быть точным, то это эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, представляющую собой плоскую кривую, образованную неподвижной точкой окружности, катящейся по другой окружности).Форма камеры разработана таким образом, что три вершины ротора всегда соприкасаются со стенкой камеры, образуя три замкнутых объема газа. В каждой части камеры происходит одно из четырех ударов:

  • Вход
  • Сжатие
  • Горение
  • Выпуск

Входное и выходное отверстия расположены в стенках камеры и на них нет задвижек. Выпускной порт соединен непосредственно с выхлопной трубой, а впускной порт напрямую соединен с газом.


Выходной вал имеет полукруглые выступы кулачка, которые не являются симметричными относительно центра, что означает, что они смещены от центральной линии вала. Каждый ротор скользит по одному из этих выступов. Выходной вал аналогичен коленчатому валу в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает собственный кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила, с которой на них давит ротор, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Конструкция роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторные двигатели состоят из пяти основных слоев, которые скреплены длинными болтами по кругу. Теплоноситель проходит через все части конструкции.

Два внешних слоя закрыты и содержат подшипники выходного вала. Они также герметизированы в основных секциях камеры, где находятся роторы. Внутренняя поверхность этих деталей очень гладкая и помогает роторам работать.Секция подачи топлива расположена в конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора находятся две большие шестерни, которые вращаются вокруг меньших шестерен и прикреплены к корпусу двигателя. Это орбита вращения ротора.

Конечно, если бы роторный мотор не имел недостатков, то его непременно использовали бы на современных автомобилях…Возможно даже, что если бы роторный двигатель был безгрешным, то мы бы и не знали о поршневом двигателе, потому что роторный двигатель был создан раньше. Тогда человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, создал современную поршневую версию мотора.

Но, к сожалению, роторный двигатель имеет некоторые недостатки. К таким явным промахам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. И, в частности, это связано с недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра.При трении о стенки цилиндра металл ротора нагревается и вследствие этого расширяется. Да и сам овальный цилиндр тоже греется, и того хуже — нагрев неравномерный.

Если температура в камере сгорания выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть изготовлен из высокотехнологичного материала, установлен в разных местах корпуса.

Для запуска такого двигателя используются только две свечи зажигания. Больше не рекомендуется из-за особенностей камеры сгорания.РПД наделен совершенно другой камерой сгорания и выдает три четверти рабочего времени двигателя внутреннего сгорания, а КПД составляет целых сорок процентов. Для сравнения: для поршневого двигателя этот же показатель составляет 20%.

Преимущества роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше деталей, чем, скажем, 4-цилиндровый поршневой двигатель. Двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал.Даже самый простой 4-цилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, шатуны, клапаны, коромысла, пружины клапанов, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет роторным двигателям получить более высокую надежность… Вот почему некоторые производители самолетов (например, Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части роторного двигателя постоянно вращаются в одном и том же направлении, в отличие от постоянно меняющегося направления поршней в обычном двигателе… Роторный двигатель использует сбалансированные вращающиеся противовесы для подавления любых вибраций. Отдача мощности в роторном двигателе также мягче. Каждый цикл сгорания происходит за один оборот ротора на 90 градусов, выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый цикл сгорания занимает 270 градусов, за которые поворачивается выходной вал. Это означает, что один роторный двигатель производит три четверти мощности. По сравнению с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота или только четверть оборота коленчатого вала.

Медлительность

Из-за того, что роторы вращаются на одну треть оборота выходного вала, основные части двигателя вращаются медленнее, чем детали в обычном поршневом двигателе. Это также помогает с надежностью.

Маленький размер + большая мощность

Компактность системы вкупе с высоким КПД (по сравнению с обычным ДВС) позволяет выдавать из миниатюрного 1,3-литрового мотора около 200-250 л.с.Правда, вместе с основным конструктивным недостатком в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных двигателей

Наиболее важные проблемы в производстве роторных двигателей:

  • Трудно (но не невозможно) адаптироваться к нормам по выбросам CO2 в окружающую среду, особенно в США.
  • Производство может быть намного дороже, в большинстве случаев из-за мелкосерийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
  • Расходуют больше топлива, так как термодинамическая эффективность поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также из-за низкой степени сжатия.
  • Роторные двигатели в силу своей конструкции имеют ограниченный ресурс — в среднем он составляет около 60-80 тыс. км

Такая ситуация просто вынуждает роторные двигатели причисляться к моделям спортивных автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя нашлись и сегодня. Это известный автопроизводитель Mazda, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Subaru, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за все старое и отброшенное западниками за ненадобностью.На самом деле японцам удается создать что-то новое из старого. То же самое произошло тогда и с оппозитными двигателями, которые сегодня являются «фишкой» Subaru. В то же время использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Mazda. Они создали роторный двигатель 13b-REW и снабдили его системой двойного турбонаддува. Теперь Mazda вполне могла конкурировать с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадей, но опять же грешила большим расходом топлива.

Пришлось пойти на крайние меры. Следующая модель Mazda RX-8 с роторным двигателем выходит уже мощностью 200 лошадиных сил, что позволяет снизить расход топлива. Но это не главное. Уважения заслуживает другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность 200 л.с. Mazda RX-8 открылась с 1,3-литровым двигателем. Словом, новая Мазда уже выходит на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, взяв не только мощность двигателя, но и другие параметры, в том числе низкий расход топлива.

Удивительно, но РПД пытались ввести в эксплуатацию и в нашей стране. Такой двигатель разрабатывался для установки на ВАЗ 21079, предназначенный в качестве автомобиля для спецслужб, но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда не хватило средств государственного бюджета, которые чудесным образом выкачиваются из казны.

Но японцам это удалось. И не хотят останавливаться на достигнутом результате. По последним данным, производитель Mazda усовершенствует двигатель и вскоре выйдет новая Mazda, уже с совсем другим агрегатом.

Различные конструкции и конструкции роторных двигателей

Двигатель Ванкеля

Двигатель Желтышева

Двигатель Зуева

После создания началась эра автомобилей. Наиболее широкое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стояла задача извлечения максимальной эффективности при минимальном расходе топлива. Эта проблема решалась несколькими путями — от технического усовершенствования существующих двигателей, до создания совершенно новых, с иной конструкцией.Одним из них был роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился намного позже поршня, в 30-х годах. Полнофункциональная модель такого двигателя появилась в 50-х годах. После появления роторного двигателя он вызвал интерес у многих автопроизводителей, и все они бросились разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного двигателя осталась только японская компания Mazda, сделавшая этот тип мотора своей торговой маркой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, в которой вообще не предусмотрено наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых двигателях энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее кривошипам коленчатого вала, обеспечивая ему вращение.

В роторных двигателях энергия сразу преобразуется во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение.Это сказывается на снижении потерь мощности на трение, меньшей металлоемкости и простоте конструкции. Тем самым КПД двигателя значительно возрастает.

Дизайн

Чтобы понять принцип работы, нужно разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Так что вместо поршней энергию сгорания топлива в таком силовом агрегате воспринимает ротор. Ротор выглядит как равносторонний треугольник. Каждая сторона этого треугольника играет роль поршня.

Для обеспечения процесса горения ротор размещен в замкнутом пространстве, состоящем из трех элементов — двух боковых кожухов и одного центрального, называемого статором. Пространство, в котором осуществляется процесс сгорания, выполнено в статоре, боковые кожухи обеспечивают лишь герметичность этого пространства.

Внутри статора выполнен цилиндр, в котором расположен ротор. Для того, чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, он выполнен в форме овала, со слегка прижатыми сторонами.

Сам статор с одной стороны имеет окна для входа топливовоздушной смеси или воздуха, и выхода выхлопных газов. Напротив них делается отверстие для свечей зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно соприкасаются с поверхностью цилиндра, движение его выполнено по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но и смещается относительно нее.

Для этого в роторе делается большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны, в ротор вставлен эксцентриковый вал.

Для обеспечения вращения в боковом корпусе установлена ​​неподвижная шестерня, которая входит в зацепление с зубчатым сектором ротора, является для него точкой отсчета. В своем эксцентричном движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. При вращении он также обеспечивает вращение вала с эксцентриком, на который он надет.

Принцип действия

Теперь о самом принципе работы. Совершение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • компрессия — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделяющаяся при сгорании смеси, преобразуется во вращение вала;
  • выхлоп — из цилиндра удаляются выхлопные газы;

Все двигатели внутреннего сгорания имеют эти такты, и они сопровождаются определенным движением поршня.

Однако выполняются они по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие двигатели чаще используются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя ранее создавались и дизельные двухтактные двигатели. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх — впуск и сжатие, а при движении вниз — рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных портов.

Классические автомобильные поршневые двигатели, как правило, четырехтактные, в которых каждый такт является отдельным.Но для этого в двигатель включен газораспределительный механизм, что значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных двигателей.

Принцип действия

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускной и выпускной порты, необходимость в газораспределительном механизме отпала, а сам процесс сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь посмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора находятся в постоянном контакте с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора позволяет изменить зазор между стенкой цилиндра и двумя соседними вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Так, при вращении ротора одна из его вершин, проходя через сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух.При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала, а затем идет к сужению. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентричным перемещением.

Воздух поступает до тех пор, пока вторая верхняя часть ротора не закроет впускное отверстие. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и бортом ротора начинает значительно уменьшаться в объеме — происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное ограничение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между суженной стенкой цилиндра и стенкой ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что зажигание производится не до прохождения стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Это сделано для того, чтобы энергия, выделяющаяся при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхнюю мертвую точку).Это обеспечивает вращение ротора в нужном направлении.

После прохождения свечи первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не закроет выпускное отверстие, происходит сброс газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что весь процесс описан только с одной стороны ротора, все стороны проходят процесс последовательно. То есть за один оборот ротора одновременно выполняются три такта — при этом воздух или горючая смесь запускается в полость между одной стороной ротора и цилиндром, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, и третий выпускает выхлопные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. Благодаря этому эксцентрику полный оборот вала совершается менее чем за один оборот ротора. То есть за один полный цикл вал совершит три оборота, а дальше отдаст полезное действие. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала, и полезна только половина оборота. Это обеспечивает высокий выход КПД.

Если сравнивать роторный двигатель с поршневым двигателем, то мощность, выдаваемая одной секцией, состоящей из одного ротора и одного статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учесть, что Mazda устанавливала на свои автомобили двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Преимущества и недостатки

Теперь о преимуществах роторных двигателей, а их довольно много. Получается, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому двигателю, а по габаритным размерам значительно меньше. Это сказывается на компактности самих моторов.Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет среднемоторную компоновку, что позволило добиться точной развесовки автомобиля по осям, что сказывается на устойчивости и управляемости автомобиля.

Помимо компактных размеров, этот двигатель не имеет газораспределительного механизма (ГРМ), т.к. все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и, как следствие, массу двигателя.

Из-за ненужности поршней и ГРМ уменьшено количество движущихся частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель, благодаря отсутствию разнонаправленных движений, которые есть в поршневом двигателе, меньше вибрирует при работе.

Но и недостатков у такого двигателя хватает. Начнем с того, что его система смазки идентична системе 2-тактного двигателя. То есть поверхность цилиндра смазывается вместе с топливом.Вот только организация подачи масла несколько иная. Если в двухтактном двигателе смазочное масло добавляется непосредственно в топливо, то в роторном двигателе оно подается через форсунки, а затем уже смешивается с топливом.

Использование данного типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированная полусинтетика. При этом в процессе эксплуатации масло выгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов…По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому.

При всей простоте конструкции роторный двигатель имеет относительно небольшой ресурс. У той же Мазды пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы — аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Вершины расположены на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком также является невозможность проведения восстановительных работ.При износе посадочных мест вершин ротора — ротор полностью заменяется, так как восстановить эти места невозможно.

То же самое относится к цилиндру статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности такой работы.

Из-за высокой скорости вращения эксцентрикового вала его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В целом, при гораздо более простой конструкции из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается значительно хуже по надежности, чем поршневой двигатель.

Но в целом роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. Например, двигатель, установленный на RX-8, уже не отличается по токсичности от поршневого двигателя, что является большим достижением.

Сейчас тоже пытаются увеличить ресурс. Однако это, скорее всего, будет достигнуто за счет применения специальных материалов для изготовления элементов двигателя, а также за счет высокой степени обработки поверхности, что еще больше усложнит и удорожит ремонт.

Autoleek

На массовых советских автомобилях не было особых технических новшеств- ни дизеля, ни АКПП, ни гидропневматической подвески, ни турбонаддува. В огромной стране любые автомобили пользовались спросом – и по разным причинам серийно выпускались достаточно простые и ремонтопригодные конструкции.

Тем удивительнее, что «у Советов была своя гордость» легковые автомобили с роторно-поршневым двигателем! Тем более, что «роторная тема» обросла слухами, домыслами и легендами еще в начале восьмидесятых, и даже появление в свободной продаже автомобилей ВАЗ с РПД в сумасшедшие девяностые не расставило все точки над i.

Предтечи: Феликс Генрих Ванкель

Немецкий инженер-самоучка Феликс Ванкель начал разработку роторно-поршневого двигателя в двадцатых годах, но в предвоенный период ему не удалось закончить прототипы авиадвигателей, несмотря на поддержку BMW и Министерства авиации.
После Второй мировой войны оборудование Ванкеля было демонтировано и вывезено во Францию. Несмотря на это, инженер-конструктор не прекратил работу над собственным РПД — теперь уже при поддержке НГУ. К середине пятидесятых годов Ванкель завершил теоретическую часть и в 1957 году изготовил опытный образец, по результатам испытаний которого в конструкцию были внесены необходимые изменения.


Отец ротора — Феликс Ванкель

Работа Ванкеля отнюдь не была «академической»: в 1963 году началось производство первой серийной модели NSU — Prince Spyder, а позднее инновационным двигателем был оснащен седан бизнес-класса NSU Ro 80.

1 / 4

2 / 4

3 / 4

4 / 4

1 / 2

2 / 2

Когда Audi «наследила» бренд NSU и его разработки, она даже выпустила прототип Audi KKM на базе второго поколения «сотки».В дальнейшем тема двигателей Ванкеля в Audi не получила продолжения.

Однако довольно быстро особенности РПД помешали ему одержать рыночную победу над традиционными поршневыми двигателями внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом. такие агрегаты приобрели многие крупные автопроизводители, некоторые из которых стали развивать «роторную тему» ​​всерьез и надолго. Возможно, самым известным производителем РПД является японская компания Mazda, создавшая двигатель Renesis.

1 / 8

2 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

3 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

4 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

5 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

6 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

7 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

8 / 8

Мазда

сразу же начала оснащать свои спортивные купе мотором необычной конструкции.

1 / 2

2 / 2

Mazda Roadpacer — под таким именем японцы продавали в США австралийский седан Holden с его РПД!

1 / 3

2 / 3

За десятилетия производства именно японская компания Mazda «довела до ума» ротор — конечно, насколько это было возможно.

3 / 3

За десятилетия производства именно японская компания Mazda «довела до ума» ротор — конечно, насколько это было возможно.

Сделано в СССР

Как на ВАЗе могла возникнуть идея начать выпуск роторно-поршневых двигателей?
Различные альтернативные конструкции поршневых двигателей прорабатывались в СССР еще в середине ХХ века — разумеется, не для автомобилестроения, а для авиации. Потенциально такие моторы могли обеспечить более высокую отдачу, что было особенно ценно в самолетостроении.Непосредственно к теме РПД в Советском Союзе приступили еще в «довазовский» период — по указанию Минавиапрома и Минсельхозмашиностроения тремя НИИ (НАМИ, НАТИ и ВНИИМотопрома) занимались исследованиями работы по созданию РПД.

Статьи / История

Важная птица: история развития ГАЗ-13 Чайка

Кстати, Никита Хрущев, развенчивавший культ личности Сталина, тоже использовал автомобильные американские технологии.В личном пользовании будущего Первого секретаря ЦК КПСС с 1944 по 1949 год находилось…

13936 2 21 09.12.2016

Поэтому разработка Ванкеля и ее практическое внедрение на серийных автомобилях в Советском Союзе не остались незамеченными. Более того, легкий и мощный двигатель мог быть востребован для некоторых автомобилей специального назначения — например, так называемых «догонялок» или спортивных автомобилей.

Традиционно для автопрома СССР волевое решение могло быть принято только «на самом верху» — то есть на уровне министерства.

Однако за ротор на ВАЗе взялись по приказу генерального директора Волжского автозавода в 1973 году — казалось бы, по собственному усмотрению. Но не все так просто: до перехода к новому проекту-строительству Волжского автогиганта, еще в 1965 году Виктор Николаевич Поляков занимал должность заместителя министра автомобильной промышленности СССР, а в 1975 году и вовсе вернулся в министерское кресло, возглавив Министерство автомобильной промышленности СССР.Таким образом, можно утверждать, что работа над ротором была одобрена «без двух минут» министром автомобильной промышленности и его бывшим заместителем в одном лице.

Итак, после выхода соответствующего приказа Гендиректора было создано специальное конструкторское бюро, задачей которого была не только разработка моторов собственной конструкции, но и устранение «родовых недостатков» мотора Ванкеля, который советский дизайнеры уже были в курсе.

В отличие от западных коллег, в СССР под «собственной разработкой» действительно подразумевалась разработка собственной версии, а не покупка патента или готовой лицензии.Как и в случае с АКПП для, советские инженеры за неимением вариантов были вынуждены сделать свой вариант односекционного двигателя Ванкеля, разобрав для этого один японский РПД. Однако предварительно для «натурных испытаний» двигатель, снятый со специально купленной для работы над ротором Mazda RX-2, был установлен на «Жигули» третьей модели.

1 / 4

2 / 4

Mazda RX-2 стала донором для ВАЗ как самой конструкции, так и самого первого РПД, устанавливаемого на Жигули

3 / 4

Mazda RX-2 стала донором для ВАЗ как самой конструкции, так и самого первого РПД, устанавливаемого на Жигули

4 / 4

Mazda RX-2 стала донором для ВАЗ как самой конструкции, так и самого первого РПД, устанавливаемого на Жигули

Уже на первых этапах на ВАЗе столкнулись с тем, что при своей компактности и высокой энерговооруженности легкий и мощный РПД был не очень экономичным и экологичным, а также характеризовался частым выходом из строя уплотнений .Собственно, с этой проблемой десятилетиями боролись все, кто брался за двигатели конструкции Ванкеля, начиная с самого немецкого инженера — носителя этой фамилии. И, кстати, именно низкая надежность уплотнений стала причиной быстрого выхода из строя моторов на НСУ Ро-80, что вынудило производителя вскоре прекратить выпуск этой машины и «закрыть роторную тему».

Первый прототип СКБ РПД под обозначением ВАЗ-301 был готов уже в 1976 году, но о каком-либо запуске ротора в Тольятти говорить было рано — конструкция была явно «сырой».

Вазовскую версию роторно-поршневого двигателя оценил даже… сам Феликс Ванкель, специально посетивший Волжский автомобильный завод. «Отец ротора» утвердил генплан тольяттинского РПД.

Уже в 1982 году был продемонстрирован ВАЗ-21018 — обычный ВАЗ-21011 с двигателем ВАЗ-311 мощностью 70 л.с.

С целью выявления недостатков конструкции в реальных условиях была изготовлена ​​партия из 50 двигателей, которые устанавливались на пять десятков Жигулей, но всего через полгода все двигатели, кроме одного (!), пришлось заменить на традиционные те.Сальники и подшипники быстро выходили из строя, а вдобавок мотор получился плохо сбалансированным и довольно прожорливым.

На земле и на небе

После первой серьезной аварии и последовавших за ней дисциплинарных взысканий ВАЗ не прекратил работу над роторами, а решил окончательно перейти от односекционной конструкции к двухсекционной. Такой мотор потенциально был не только мощнее, но и надежнее.

К тому времени советский ротор потенциально уже имел вполне ощутимую сферу применения — например, для установки на служебные автомобили спецподразделений ГИБДД, МВД и КГБ.На ведомственных автомобилях такие недостатки, как не лучшая топливная экономичность, отходили на второй план, но решающее значение имели высокие динамические характеристики. Очень важно, что при эксплуатации на служебных автомобилях специалисты ВАЗ могли получать в виде стандартизированных отчетов подробную информацию о выявленных на практике недостатках и дефектах, но в более-менее одинаковых условиях, что обеспечивало определенную объективность оценки.

Время от времени советская пресса скупо сообщала о необычной конструкции двигателя.

К 1983 году были разработаны два новых двухсекционных РПД — ВАЗ-411 мощностью 110-120 л.с. и 140-сильный ВАЗ-413. Предполагалось, что роторы будут устанавливаться не только на «родные» для завода «Жигули» различных моделей, но и на другие автомобили силовых структур — в частности, «Волгу». Разумеется, установка такого силового агрегата на седан Горьковского автозавода потребовала соответствующей доработки крепления и некоторых агрегатов трансмиссии.

1 / 3

2 / 3

ВАЗ-21059 — поворотная «пятерка». По-прежнему никаких отличий от обычного снаружи.

3 / 3

ВАЗ-21059 — поворотная «пятерка». По-прежнему никаких отличий от обычного снаружи.

В то же время на практически готовые РПД обратили внимание и авиаторы, которые заказали тольяттинскому КБ разработать вариант для использования на вертолетах и ​​легких самолетах.

Однако роторно-поршневым двигателем заинтересовались многие другие предприятия и заказали тольяттинцам разработку агрегатов для катеров, амфибий и даже мотоциклов! Эти услуги завод оказывал по договорам на условиях широко распространенного в то время хозрасчета, поэтому деятельность СКБ не была убыточной для ВАЗа.Также опытные образцы авиадвигателей ВАЗ-416 и ВАЗ-426 были разработаны уже в эпоху функционирования ВАЗовского НТК в середине девяностых годов.

Различные виды применения РПД дали возможность конструкторам понять, что Конструктивные решения автомобильных и авиационных двигателей не могут быть полностью идентичными из-за существенной разницы в режимах работы двигателей на воздушном и автомобильном транспорте.

Статьи / История

Трудные роды «антилопы»: история создания ВАЗ-2110

Задолго до выхода трехдверного хэтчбека 2108 разработчикам стало ясно, что им необходимо заменить откровенно устаревшие Жигули новым седаном…Мнения разделились: часть конструкторов придерживалась мнения, что…

50282 11 10 20.12.2015

Поэтому одновременная разработка «единого» ротора лишена практического смысла — скорее работы могут быть совмещены по технологической и производственной базе, а не по конкретным решениям.

РПД и передний привод

Возникает вопрос: а как быть с переднеприводными автомобилями? Неужели ВАЗ не обратил внимания на собственную «восьмерку»?

Конечно, нарисовал: работы над РПД для принципиально нового семейства начались, когда ВАЗ-2108 только готовили к производству — в 1979 году, но более предметно к теме «переднеприводного ротора» вернулись на начало перестройки, заключив договор с Запорожским автозаводом.А к 1987 году были разработаны прототипы ВАЗ-414 для переднеприводных автомобилей ВАЗ и ЗАЗ, и даже в Тольятти создали версию своего 40-сильного РПД под индексом 1185 даже для… Оки! Но в дальнейшем руководство отдало предпочтение авиационному направлению, и работы по автомобильным РПД были приостановлены.

Мелкосерийное производство необычной модификации «Жигулей» на базе «пятерки» продолжалось вплоть до распада СССР, хотя госзакупки таких машин правоохранительными органами были очень малы, а машины с роторами под капотом были не продается «на стороне».

Но вскоре заводу стало совсем не до собственных новых разработок — в конце восьмидесятых государственная поддержка автозаводов была свернута, и заводчанам было чем заняться без ничего — например, созданием перспективного или .

Последний автомобиль РПД ВАЗ

К теме роторных автомобильных двигателей ВАЗ

вернулся только в российский период деятельности завода, найдя возможность еще в непростые девяностые годы «вылезти из ткани» интересной разработки…Действительно, в мире в то время уже давно существовали «подогретые» модификации обычных городских хэтчбеков, с которыми ВАЗ РПД был вполне сопоставим по развиваемой мощности.

Наличие такого двигателя на автомобилях семейства 2108 могло «подогреть» потребительский интерес — по крайней мере, в Тольятти на это надеялись.

Даже в непростых условиях новый РПД для Самары был освоен достаточно быстро — к счастью, двигатель ВАЗ-415 не пришлось разрабатывать с нуля.В некоторых источниках утверждается, что доводочные работы при его превращении в серийный продукт были проведены достаточно наспех или не очень удачно, в результате чего мотор все же сохранил ряд недостатков, присущих остальным вазовским РПД. Однако есть и другое мнение, что этот двигатель, наоборот, вобрал в себя все достоинства прошлых разработок — и достаточный ресурс, известный по 413-му двигателю, и унаследованную от ВАЗ-414 «плотную» компоновку.

Практически одновременно классика обновилась: в 1992 году на базе «семерки» началось производство модификации ВАЗ-21079 «Жигули» со 140-сильным двигателем ВАЗ-4132.

1 / 3

2 / 3

Седьмая модель стала последним Жигулем с РПД

3 / 3

Седьмая модель стала последним Жигулем с РПД

Тем не менее, в 1997 году ВАЗ-415 наконец-то получил сертификат, разрешающий его установку на обычные коммерческие автомобили, которые вскоре появились в автосалонах.

«На гражданке»: став доступным для простых смертных, РПД тут же появился на страницах российских автоизданий

Разумеется, цена машины увеличилась на 2.2-2,5 тысячи долларов, что было вполне ощутимо по тем временам, но динамика «восьмерки» улучшилась на порядок. Ведь 120-140 «роторных» лошадиных сил позволяли набирать сотню с места за 8-9 секунд, а реальная максимальная скорость приближалась к заветным 200 км/ч. Расход топлива, естественно, колебался от 8 до 14 литров. Зато компактный роторный мотор раскручивался до умопомрачительных 8 тысяч оборотов в минуту, обеспечивая «пилоту» ощущения, несравнимые с ускорением обычного «зубила».

РПД-415 под капотом ВАЗ-2108 смотрится вполне органично. Но при этом мотор заметно компактнее родного. Фото: Александр Подзолков

РПД

всегда славился своим «горячим нравом», поэтому масляный радиатор ему был нужен как воздух. Или вода. В общем, для охлаждения. Фото: Александр Подзолков

Вид снизу намекает, что это какая-то очень непростая «восьмерка». Фото: Александр Подзолков

Микропроцессорное зажигание можно было встретить и на ВАЗ-2108 с обычным ДВС.Но очень редко. Фото: Александр Подзолков

Увы, но при этом непонятный большинству ротор так и остался «вещью в себе» — технологии его ремонта рядовые мотористы не знали, а запчасти не продавались ни в одном магазине за углом.

Кроме того, к тому времени он уже набирал обороты на обычных двигателях ВАЗ, а за питание РПД еще отвечал архаичный карбюратор «Солекс».

Смесь РПД готовил обычным Солексом, но со своими корректировками.«Газовый сектор» имел дополнительный рычаг для привода дозирующего маслонасоса-лубрикатора. Фото: Александр Подзолков

Вид сверху ВАЗ-415 с демонтированным карбюратором. Фото: Александр Подзолков

И несмотря на наличие микропроцессорной системы зажигания (МПСЗ), ротор не мог похвастаться покладистостью и (главное!) долговечностью обычного поршневого ДВС… Ведь при заявленном ресурсе в 125 000 км многие моторы стало быстро «умирать» после 50 000 км, чему способствовало использование «неправильного» масла.Как и у японских автомобилей Мазда с РПД, при этом резко ухудшался пуск двигателя и увеличивался расход масла на угар, а в дальнейшем двигатель мог и вовсе выйти из строя.

Герметичность уплотнений — больное место любого РПД, не только ВАЗ-415. Фото: Александр Подзолков

Многочисленные тюнинговые фирмы, появлявшиеся в Тольятти и его окрестностях как грибы после дождя, в то время предлагали тюнинговые программы для обычных моторов разного бюджета и степени вмешательства, что позволяло снять почти такую ​​же мощность, как у ротора, без заметного потеря ресурса.А вот РПД с традиционной системой питания было невозможно втиснуть в грядущие экологические нормы Евро-2, которым без проблем соответствовал вновь освоенный вазовский впрыск.

В связи с несерийностью производства в будущем ни работа, ни само производство РПД не представляли большого интереса для ВАЗа, так как, как и в истории Мазды, могли быть продиктованы только имиджевыми соображениями. Что в случае с Тольяттинским автомобильным заводом это был недостаточно веский аргумент…

По ряду перечисленных причин уже в начале 2000-х ротор ВАЗ стал резко терять обороты. Да, ВАЗ-415 успел примерить даже «десятку» и «пятнак» в модификациях 2110-91 и 2115-91 соответственно, но вскоре производство роторных двигателей на ВАЗе было прекращено, да и само СКБ РПД, которое разработала свой последний продукт в 2001 году, прошла перерегистрацию.

Почти четыре десятка разработок за 26 лет — конструкторы СКБ РПД много работали над роторной темой

После 2004 года деятельность КБ в рамках работ над двигателями РПД была окончательно прекращена, а примерно в 2007 году оборудование было частично вывезено и утилизировано.Похоже, это была финальная точка в истории советско-российского ротора.

Вы жалеете, что не сложились роторные ВАЗы?

История двигателя Ванкеля +ВИДЕО



Феликс Ванкель и его двигатель Ванкеля

Кэри Расс

Учитывая успех Mazda с ним, можно подумать, что Роторно-поршневой двигатель был изобретением Mazda.Не правда — Роторно-поршневые двигатели предлагались еще до эпохи внутреннего сгорания. Но все, кроме одного, были просто исторические сноски. Это Ванкель, и это единственный текущим автомобильным сторонником является Mazda.

Двигатель Ванкеля был разработан немецким изобретателем Феликсом. Ванкеля, начиная с чертежей и прототипов в 1920-х гг. Его первый патент на роторно-поршневой двигатель был выдан в 1936. Но только в 1950-х годах Ванкель начал сотрудничество с немецким производителем автомобилей и мотоциклов NSU, что ротор Ванкеля был разработан до такой степени, что возможность использования в автомобиле.

Ванкель тщательно исследовал формы как ротора, так и корпус двигателя, чтобы носить его имя, обнаружив более 800 возможных форм. Большинство из них были непрактичны, но Ванкель тщательно исследовал около 150 базовых конфигураций и множество вариаций каждого — задолго до того, как компьютерное моделирование возможно. И вы задавались вопросом, почему разработка пошла так длинный….

Ранние двигатели Ванкеля имели конструкцию, называемую «drehkolbenmaschine» (DKM), в которой внутренний вращающийся корпус и ротор вращаются вокруг неподвижного центрального вала.Это было замечательно плавный в работе и мог работать на фантастических скоростях — более 20 000 об/мин — но для этого нужно было разобрать двигатель менять свечи зажигания, это не было хорошей характеристикой для серийной силовой установки. Итак, «крайколбенмотор» (ККМ) был развит. В ККМ ротор и выходной вал вращаются внутри неподвижного корпуса. Свечи зажигания легко доступны на жилье. Впуск и выпуск через порты на корпусе, аналогичен по принципу действия двухтактному поршневому двигателю.Все текущие рабочие Ванкели конструкции ККМ.

Лучше всего работал ротор в форме треугольника. с выпуклыми краями, а форма внутренней части корпус имеет смутную форму восьмерки, называемой двухлепестковой эпитрохоид. Двигатель Ванкеля работает на том же четырехфазном цикл, как и любой другой двигатель внутреннего сгорания, с впуском, сжатие, зажигание и выпуск. В отличие от поршневого двигателя, но аналогично газовой турбине, каждая фаза происходит в разная площадь двигателя.Выходной вал вращается со скоростью три умножить на скорость ротора, и есть один импульс зажигания за каждый оборот выходного вала.

Основными преимуществами двигателя Ванкеля являются размер, простота, и гладкость. Одноротор Ванкеля имеет две движущиеся части: ротор и коленчатый вал. Добавьте еще один ротор, как в большинстве Мазда вращается, а главных движущихся по-прежнему всего три. части. Поскольку синхронизация впуска и выпуска регулируется порты на периферии или торцах корпуса отсутствуют распределительные валы или клапаны.Нет возвратно-поступательных масс (например, поршни и шатуны в поршневых двигателях), поэтому У Ванкеля очень маленькая вибрация. И это соотношение 3:1 между выходной вал и поршни означает, что скорость вращения поршня не так зрелищны, как может показаться — когда RX-8 двигатель достигает красной зоны на 9000 об/мин, поршни только вращается со скоростью 3000 об/мин.


Итак, если у Ванкеля так много достоинств, то почему только Мазда делает автомобили с двигателем Ванкеля? Есть недостатки.Из-за длинной и узкой камеры сгорания форма Ванкеля менее эффективна, чем обычный четырехтактный поршневой двигатель. Расход топлива большой, особенно в более ранние, менее сложные двигатели. Если выходная мощность больше важнее экономичности, так как в спортивном автомобиле это меньше проблема. Выбросы оксидов азота ниже, чем у поршня двигатель, но выбросы угарного газа и несгоревших углеводородов выше. Уплотнения ротора аналогичны поршневым кольцам. в обычном двигателе, но они значительно меньше и поэтому ведут грубая жизнь.Срок службы уплотнений в ранних двигателях был коротким — держу пари что я не единственный человек с воспоминаниями о RX-2 и RX-3 жужжание, тянущееся за облаками ядовито-синей несгоревшей углеводородный дым. Более поздние усовершенствования конструкции уплотнения и строительство остановило эту конкретную проблему.

Считалось, что ни один Ванкель не может сравниться с нынешней Калифорнией. требованиям по выбросам, но инженеры Mazda проявили настойчивость и выполнили эти строгие правила, прежде всего путем реконфигурации конструкция так, чтобы впускные и выпускные отверстия находились по бокам камера RX-8 вместо этого на периферии.Осторожный порт конструкция и трехступенчатый впускной коллектор еще больше снижают выбросы и помогают улучшить экономию топлива. Аккуратно управляемый, RX-8 имеет разумный расход топлива. Но раскрути его и поезжай это тяжело, и наблюдайте, как падает указатель уровня топлива. Эй, это спортивная машина, просто добавьте бензин в свой бюджет на развлечения.

История Неудивительно, что первые автомобили с двигателем Ванкеля были экспериментальные седаны NSU, построенные в конце 1950-х — начале 1960-е годы. Первым серийным автомобилем с двигателем Ванкеля был NSU. Паук, выпускавшийся с 1964 по 1967 год.Это был крошечный двухместный автомобиль. с однороторным 500-кубовым двигателем мощностью 50 лошадиных сил. За ним в 1968 году последовал NSU R080, четырехдверный седан с двухроторный двигатель, который по сути представлял собой удвоенную версию двигатель Паук. Название NSU не совсем нарицательное. сегодня, что неудивительно, поскольку компания была поглощена Volkswagen Group в конце 1960-х гг. Разработка НГУ Ванкеля остановились в это время.

В конце 1950-х и начале 1960-х годов Ванкель был новым и захватывающе и раскручено как «сила завтрашнего дня».» Многие крупные автопроизводители лицензировали технологию у NSU. Дженерал Моторс построил пару среднемоторных двух- и четырехроторных корветов прототипы в начале 1970-х; трудности с выбросами, политику, а первый нефтяной кризис означал, что среднемоторная Wankel Corvette был просто легендарным несостоявшимся автомобилем. Mercedes-Benz построил несколько концепт-каров и прототипов. в течение 60-х и 70-х годов, кульминацией которых стало небольшое количество C111с. C111 с трех- и четырехроторными двигателями. были способны к ускорению 0-60 менее чем за пять секунд.Один был модифицированный для рекордов скорости, и достиг 250 миль в час. Увы, как и роторный Corvette, суперкар Mercedes стал жертвой 1970-х нефтяные кризисы и корпоративная политика.

Первым автомобилем Mazda с роторным двигателем был Cosmo 110S. 1967 г., двухместный спортивный автомобиль с очень итальянским внешним видом. Это было за ними вскоре последовали купе и седаны, а Mazda к 1970 г. было произведено более 100 000 роторных двигателей. начало. RX-2, -3, -4 и -5 купе, седаны и даже фургоны поставили Mazda и двигатель Ванкеля на карту во время 1970-е годы.Был даже пикап с роторным двигателем. Затем в В 1978 году дебютировал RX-7. Осталось три поколения RX-7 неизгладимый след на автомобильной сцене. Первый- и RX-7 второго поколения по-прежнему остаются малобюджетными энтузиасты и клубные гонщики довольны.

Есть ли будущее у роторного двигателя? Если выбросы могут быть проблемная работа на бензине, Ванкеля кажется отлично счастливого пробега на водороде. Mazda построила и испытала несколько Роторные концептуальные автомобили с водородным двигателем. Не считайте доктора.Маленькая жемчужина Ванкеля.

Роторный двигатель John Deere

Тема этого месяца состоит как из литературы, так и из своего рода «игрушки». Он также охватывает двигатели, что является темой, которую я обычно не затрагиваю. Точнее, роторные двигатели John Deere. Хотите верьте, хотите нет, но в 1980-х годах компания Deere проектировала и производила эти вращающиеся устройства. В последующих абзацах об этом будет рассказано более подробно.

Прежде чем мы начнем с двигателей, мне нужно вернуть вас в прошлое, в более раннюю часть моей жизни, а именно в колледж. В UW-Madison я сосредоточился на машиностроении, хотя я прошел несколько курсов по сельскохозяйственной инженерии, включая тракторы и двигатели, а также принципы работы сельскохозяйственных машин. Мне всегда нравилось узнавать о том, как все устроено, и особенно я хотел найти работу по проектированию сельскохозяйственной техники или тракторов. К сожалению, когда я закончил учебу в 1983 году, найти работу было в лучшем случае трудно.У меня было предложение от Министерства ВМФ работать в штаб-квартире Корпуса морской пехоты в Вашингтоне, округ Колумбия, в качестве инженера в отделе материально-технического снабжения. В этом качестве мы работали над всем и вся, кроме самолетов. Наша миссия заключалась в том, чтобы конструкция оборудования в сочетании с надлежащими инструментами и обучением гарантировала, что войска в полевых условиях смогут должным образом обслуживать и ремонтировать оборудование, чтобы гарантировать твердую готовность. Это была крутая работа, и она, безусловно, многому меня научила.

Практически для любого типа продукции существует выставка. Для автомобилей, грузовиков, сельскохозяйственной техники, компьютеров и бытовой техники проводятся выставки. Военные автомобили и техника не являются исключением. Осенью 1984 года одна из таких торговых выставок прошла в Вашингтоне, округ Колумбия. Мы с группой моих коллег с работы пошли на торговую выставку, чтобы посмотреть, что нового в военной технике. Каково же было мое удивление и волнение, когда я увидел, что у John Deere есть стенд! Удивление быстро сменилось удивлением, когда я подумал о том, что Deere может предложить военным.Компания настаивала на новом типе двигателя под названием роторный двигатель SCORE. В то время Mazda предлагала роторный двигатель (Ванкеля) в своих автомобилях RX-7, поэтому для большинства из нас это не было совершенно новой концепцией. Я взял брошюру и маленькую пластиковую модель двигателя и направился к следующему стенду.

Перенесемся в сегодняшний день. Будучи коллекционером, я храню много вещей, которые большинство людей давно бы выбросили. Да, брошюра и модель двигателя все еще находятся у меня после нескольких лет и переездов.На фото 1 показана передняя обложка брошюры. Представлен большой вырез роторного двигателя SCORE, окруженный художественными рисунками потенциальных применений. Торговая марка John Deere находится внизу вместе с «Операции с государственной продукцией».

 В тексте поясняется, что компания Deere and Company приобрела активы роторного двигателя у Curtiss-Wright и надеялась улучшить продукт и представить его для военных применений. Основными преимуществами роторного двигателя по сравнению со стандартным дизельным двигателем были названы большая удельная мощность и способность сжигать различные виды топлива, включая дизельное топливо, боевой бензин, реактивное топливо и спирт.Название SCORE также объясняется. Как некоторые из вас, возможно, знают, правительству нравятся слова, которые называются аббревиатурами, то есть именами, основанными на первых буквах слов, описывающих предмет. SCORE расшифровывается как всеядный роторный двигатель со стратифицированным зарядом. Я знаю, что это звучит как крайне странный способ описать двигатель, но если разобрать его, то он имеет смысл. Послойный заряд означает, что топливо вводится слоями, а не все сразу. Первоначальный заряд топлива вводится пилотной форсункой, за которой следует больший заряд от основного инжектора.Это обеспечивает более равномерный рабочий ход. Всеядность буквально означает «поедание всех видов пищи». Так как этот двигатель рассчитан на сжигание многих видов топлива, термин всеядный вполне уместен. Слова роторный и двигатель говорят сами за себя.

Вместо возвратно-поступательных поршней роторный двигатель имеет один или несколько роторов, каждый из которых имеет три изогнутые поверхности. Ротор надевается на кривошип и вращается со скоростью, равной одной трети скорости кривошипа. Результатом является рабочий ход для каждого оборота кривошипа.Воздушный заряд всасывается с одной стороны двигателя и сжимается, когда уплотнение ротора (наконечник) проходит мимо впускного отверстия. Пилотная форсунка обеспечивает первоначальный заряд топлива и воспламеняется. Основная форсунка добавляет оставшийся заряд топлива, и рабочий такт завершается. По мере того, как ротор продолжает вращаться, открывается еще одно отверстие, позволяя выхлопным газам выходить.

Продукция для строительства и производства электроэнергии — это лишь некоторые из товаров, которые Deere производит для всех родов войск.На странице 5 брошюры представлены автогрейдер, генераторная установка, полноприводный погрузчик и машина для ремонта взлетно-посадочной полосы в качестве примеров военной продукции John Deere.

На момент публикации брошюры двигатели SCORE планировались, но еще не производились. Страница 8 (Фото 2) описывает два семейства двигателей в плане. Первым было семейство SCORE II, которое должно было быть введено в серийное производство к 1990 году для военного применения. Эти двигатели были двухроторной конструкции мощностью от 375 до 2250 л.с.Двигатели SCORE III имели однороторную конструкцию для военного и коммерческого применения и имели мощность от 80 до 320 лошадиных сил.

В абзацах текста на задней обложке поясняется, что двигатели Deere SCORE «будут предлагать всем видам военных более легкие, компактные, быстрые и легко транспортируемые боевые машины, генераторные установки и источники питания для воздушных и морских судов». Дата печати в левом нижнем углу указывает на сентябрь 1984 года.

Модель маленького пластикового двигателя показана на другом фото.Он имеет красный пластиковый корпус с серым ротором и белой рукояткой. Прозрачную пластиковую ручку на задней панели можно поворачивать, чтобы вращать ротор и кривошип. Зона впуска оранжевая, а зона выпуска черная, обе расположены слева. Каждый имеет стрелку, указывающую направление газа. Форсунки напечатаны черным цветом с правой стороны. Также на задней части находится серебристая наклейка с черными буквами, на которой написано «SCORE ROTAL ENGINE FROM JOHN DEERE» и «LICENSED BY NSU/WANKEL». Также имеется стрелка направления вращения.Интересно, что форма наклейки соответствует ротору двигателя.

Американское общество инженеров-механиков (ASME) выпускает ряд отраслевых изданий для своих членов. Я являюсь ее членом, и в выпуске ASME News за февраль 1986 года изображение двигателя Deere SCORE было включено вместе с кратким описательным абзацем (фото 3). В нем поясняется, что недавно Deere представила модели и макеты двигателя на другой недавней торговой выставке в Вашингтоне, округ Колумбия.Для военного применения они достигли 750 лошадиных сил. Изображенный двигатель разрабатывался в лаборатории Вуд-Ридж, штат Нью-Джерси.

Когда компания John Deere начала заниматься производством роторных двигателей, она учредила дочернюю компанию John Deere Technologies Inc., находящуюся в полной собственности, для управления этой деятельностью. После семи лет работы в бизнесе Deere and Company продала этот сегмент компании Rotary Technologies International Inc. из Линкольна, штат Небраска, в 1991 г. На фото 4 показана статья из номера Chicago Tribune от 10 апреля 1991 г., описан бизнес John Deere.Ротари Пауэр Интернэшнл, по-видимому, является нынешним названием компании, расположенной в Вуд-Ридже, штат Нью-Джерси. Однако поиск в Интернете показывает, что у них всего восемь сотрудников по сравнению с первоначальными 80, когда бизнес принадлежал Дир.

Брошюра и модель двигателя кажутся несколько скудными, поскольку я видел модель в продаже только на одной выставке несколько лет назад. Я не видел другой копии этой брошюры или любой другой, описывающей роторные двигатели SCORE.Учитывая, что эти предметы не имеют никакого отношения к сельскому хозяйству, они могут не иметь большой ценности для коллекционеров. Однако это трудно сказать.

Не все вещи, производимые John Deere, бывают зелеными и желтыми, как мы все знаем. Кроме того, не каждое деловое предприятие, за которое берется компания, обязательно является успешным. Я надеюсь, что эта статья была интересна тем, что она указывает на одно из этих менее известных предприятий и показывает еще одну сторону компании.

 

Нарушенные обещания двигателя Ванкеля

В истории двигателей внутреннего сгорания было много эволюций, но мало революций.Разговоры о кардинально разных конструкциях всегда приводят к одному имени — Ванкель. Роторный двигатель Ванкеля, наиболее часто используемый в автомобилях Mazda, существует с конца 1950-х годов. Ротор Ванкеля является примером конструкции, которая имеет смысл на бумаге. Однако из-за практических проблем он не работает в реальном мире.

Изобретение и история

Двигатель Феликса Ванкеля был задуман во сне. На нем 17-летний Феликс ехал на своей машине на концерт. Когда он приехал, он похвастался своим друзьям, что в его машине используется двигатель нового типа — наполовину турбинный, наполовину поршневой.«Это мое изобретение!» он сказал своим друзьям. Проснувшись, Ванкель посвятил себя созданию своего двигателя. Хотя он так и не получил официального образования (или водительских прав), Ванкель был одаренным инженером.

Пестрая история молодого Ванкеля включает в себя членство в нескольких антисемитских группах в 1920-х годах. Он также участвовал в создании нацистской партии. Его противоречивые взгляды на направление партии привели к его аресту в 1933 году. В конце концов, освобожденный благодаря действиям самого Гитлера, Ванкель вступил в СС в 1940 году.В конце войны Ванкель провел несколько месяцев во французской тюрьме за участие в войне.

Работа над двигателем возобновилась в 1951 году при финансовой поддержке NSU Motorenwerke AG. Первый рабочий прототип был изготовлен в 1957 году. Этот двигатель, получивший название DKM 54, имел ротор и корпус, которые вращались на отдельных осях. Двигатель был способен развивать большие скорости вращения, до 17 000 об/мин. Хотя техническое обслуживание было проблемой. Для замены свечей зажигания пришлось разобрать весь двигатель.

Неизвестный Ванкелю Ханс-Дитер Пашке был вызван для создания упрощенной версии. Его прототип назывался ККМ 57Р. В этой гораздо более простой конструкции использовался стационарный корпус. Это понравилось всем, кроме Ванкеля, который заметил: «Вы превратили мою скаковую лошадь в пахотную кобылу». Дизайн ККМ был быстро принят и лицензирован. Этот двигатель является основой современного роторного двигателя «Ванкеля».

Работа двигателя

Поршневые двигатели, в основном циклы Отто и Дизеля, в настоящее время являются королями горы внутреннего сгорания.Двигатели с поршневым приводом превращают энергию возвратно-поступательного движения (движение поршней вверх и вниз) в энергию вращения. Ванкель бросает вызов всему этому. Упрощенный двигатель Ванкеля имеет только две движущиеся части: ротор и эксцентриковый вал.

CC-BY-SA-3.0 от Y_tambe через Wikimedia Common

Ротор имеет треугольную форму, но стороны выгнуты. Во многих роторах также используются чашеобразные поверхности для увеличения объема камеры сгорания. Ротор вращается в корпусе примерно овальной формы эпитрохоида. Ротор не просто вращается, он вращается на эксцентриковом валу, который аналогичен коленчатому валу поршневого двигателя.Неподвижная шестерня, закрепленная на корпусе двигателя, входит в зацепление с зубчатым венцом ротора. Шестерня обеспечивает поворот ротора на ⅓ оборота на каждый 1 оборот эксцентрикового вала.

Острия (или вершины) ротора образуют внутри корпуса три камеры. Эти камеры перемещаются при вращении ротора. Топливо и воздух всасываются через впускное отверстие, прижимаются к узкой стороне корпуса и воспламеняются свечами зажигания. Расширяющиеся газы проталкивают ротор через рабочий ход до тех пор, пока вершина не пройдет через выпускное отверстие, что позволяет отработавшим газам выйти.

Анимация показывает процесс для одной грани. Гениальность машины Ванкеля в том, что процесс происходит для всех трех граней параллельно. По сути, двигатель имеет конвейерный процесс сгорания. Было бы справедливо сказать, что однороторный двигатель Ванкеля аналогичен трехцилиндровому поршневому двигателю.

Коммерческие исследования и разработки

Было множество лицензиатов двигателя Ванкеля. Почти каждый крупный производитель потратил время на изучение концепции.GM создала прототип с двумя роторами. Компания Rolls Royce создала двухступенчатую модель с роторами низкого и высокого давления. Несколько компаний запустили производство Ванкеля. Кертис Райт строил двигатели для самолетов, Сакс производил небольшие двигатели с воздушным охлаждением для всего, от цепных пил до снегоходов. Нортон создал несколько мотоциклов, используя этот дизайн. Однако единственным крупным производителем, который все еще работает над двигателями Ванкеля для автомобилей, является Mazda. Серия спортивных автомобилей RX на протяжении десятилетий была синонимом роторных двигателей Ванкеля.Последней моделью была RX-8, производство которой было прекращено в 2011 году. Mazda не отказалась от Ванкеля, выпустив концептуальные автомобили, такие как RX-Vision, как доказательство их продолжающихся исследований.

Наборы реальности в

Так почему же мы все не ездим на машинах с двигателями Ванкеля? Проблема заключается в подводных камнях конструкции.

Экономия топлива : Камера сгорания Ванкеля длинная, тонкая и движется вместе с ротором. Это приводит к медленному сгоранию топлива. Двигатели пытаются бороться с этим, используя двойные (переднюю и заднюю) свечи зажигания.Даже с двумя свечами сгорание часто бывает неполным, что приводит к выбросу сырого топлива через выхлопное отверстие. Небольшой двухроторный двигатель объемом 1,3 литра мощностью 232 л.с. в Mazda RX-8 2011 года имеет худшую экономию топлива (16 город / 23 шоссе), чем двигатель V8 объемом 6,2 литра 455 лошадиных сил, используемый в Corvette Stingray 2015 года (17 город / 29 шоссе).

Выбросы : Несгоревшее топливо, а также сгоревшее масло (описанное ниже) приводят к ужасным выбросам двигателей Ванкеля. Проблемы с выбросами — одна из нескольких причин, по которым RX-8 был снят с производства.

Уплотнение : В роторах используются уплотнения на торцах, уплотнения вокруг центрального порта и, что наиболее важно, уплотнения на вершине. Верхнее уплотнение опирается на стенку корпуса, герметизируя каждую из трех камер, образованных ротором. Верхние уплотнения подвергаются экстремальным термическим и сжимающим нагрузкам, когда они перемещаются по корпусу двигателя. Выход из строя верхних уплотнений является основной причиной выхода роторных двигателей из строя на капитальный ремонт. YouTube завален видеороликами, показывающими процесс капитального ремонта ротора.

Подобно поршневым кольцам, эти уплотнения необходимо смазывать.Однако из-за конструкции роторного двигателя масло, смазывающее уплотнения, не может попасть в камеру сгорания. В двигателях Mazda есть инжекторный насос, который нагнетает небольшое количество масла прямо в корпус двигателя, а также в воздухозаборник. Это масло в конечном итоге сгорает, что приводит к увеличению выбросов углерода и выбросов в течение срока службы двигателей.

Интервал капитального ремонта : Роторные двигатели обычно не служат так долго, как поршневые двигатели. Как красноречиво объяснили журнал Regular Car Reviews, основная проблема связана с уплотнениями.Просмотр форумов Mazda и роторных показывает, что люди восстанавливают где-то между 50 000 и 100 000 миль. Однако все это нужно воспринимать с долей скептицизма. В конце концов, RX-7 и 8 — спортивные автомобили. В то время как некоторые люди относятся к ним бережно, многие люди ездят на этих автомобилях жестко. Послепродажные детали, такие как турбокомпрессоры, также негативно влияют на надежность двигателя.

История вращения Ванкеля не совсем безрадостна. Роторные двигатели имеют некоторые преимущества. Как упоминалось выше, роторные двигатели развивают большую мощность (хотя и при меньшем крутящем моменте), чем эквивалентные поршневые двигатели.Они также более надежны в краткосрочной перспективе. С меньшим количеством движущихся частей просто меньше ломается. Роторные двигатели также склонны изящно выходить из строя. Из-за выхода из строя верхних уплотнений роторные двигатели теряют мощность, но все равно доставят вас домой. Поршневые двигатели, как правило, катастрофически выходят из строя, пробивая отверстия в блоках цилиндров, разбрызгивая масло и детали повсюду. Роторные двигатели хорошо себя чувствуют на гоночной трассе, то есть там, где это разрешено. Многие гоночные классы (особенно F1) запретили роторные двигатели. Из допущенных наиболее примечательной является Mazda 787B, которая выиграла гонку «24 часа Ле-Мана» 1991 года.

Какое будущее ждет роторный двигатель Ванкеля? Скорее всего больше того же. Mazda будет продолжать поддерживать двигатель, и он будет по-прежнему использоваться в некоторых нишевых областях. Тем не менее, потребуется значительный прогресс в материалах и дизайне, чтобы исправить все проблемы, которые до сих пор отодвигали двигатель Ванкеля на задний план в истории внутреннего сгорания.

Правда о роторных двигателях | HistoryNet

Заблуждения долгое время скрывали факты в истории роторных двигателей.

Как и в последующих конфликтах, авиационная техника во время Первой мировой войны развивалась быстрыми темпами. В 1914 году скорость серийных самолетов достигла максимума около 80 миль в час, и большинство пилотов все еще полагались на искривление крыльев для изменения направления. К концу войны максимальная скорость приблизилась к 150 милям в час, и многие самолеты демонстрировали технологии, считающиеся сегодня стандартными. Тем не менее, в годы войны также появились конструкции и технологии, которые, как и искривление крыльев, были эволюционными тупиками. Главным среди них был роторный двигатель.

В отличие от стационарных авиационных двигателей, в которых вращающийся коленчатый вал приводит в движение воздушный винт, в роторных двигателях весь двигатель вращается вокруг неподвижного коленчатого вала. Винт крепится болтами непосредственно к двигателю и вращается вместе с ним. Основной причиной поворотной конфигурации было обеспечение адекватного охлаждения. Поскольку головки цилиндров расположены перпендикулярно воздушному потоку и вращаются в воздухе, температура двигателя оставалась в безопасных пределах. Охлаждение двигателя было проблемой в первом десятилетии 20-го века, даже с двигателями с водяным охлаждением, и роторные двигатели представляли собой жизнеспособное решение проблемы.

Однако факт остается фактом: почти сразу после войны роторные двигатели перестали использоваться. Популярные истории дают часто повторяющиеся, но неверные причины их быстрого упадка: это были двухтактные двигатели, которые смешивали масло и топливо, не имели дросселей и были сложными в управлении из-за гироскопической силы от вращающегося двигателя. В лучшем случае в этих заблуждениях есть только крупица правды, и ни одно из них не объясняет, почему ротационные машины оказались тупиковой технологией, несмотря на их столь широкое распространение.

Роторные двигатели

какое-то время были лучшими и наиболее распространенными силовыми установками для самолетов. По некоторым оценкам, они приводили в действие до 80 процентов самолетов Первой мировой войны. Половина из 10 лучших самолетов асов были с роторными двигателями. Они использовались в большинстве проектов Sopwith и Nieuport. Немецкие производители самолетов, как правило, предпочитали рядные двигатели с водяным охлаждением, но в некоторых известных конструкциях Fokker и других были установлены роторные двигатели. Возможно, самым известным роторным самолетом был полностью красный Fokker Dr.Я триплан, на котором он летел в день своей смерти. Конечно, роторные двигатели также приводили в действие многие менее известные самолеты, такие как одномоторные самолеты-разведчики Caudron G.3 и двухмоторные самолеты-разведчики G.4.

Основная причина их популярности заключалась в том, что роторные двигатели имели очень хорошее отношение мощности к весу (часто обозначаемое как отношение веса к мощности) по сравнению с двигателями с водяным охлаждением. Двигатель Liberty V-12 весил 845 фунтов без масла и охлаждающей жидкости и производил 449 л.с. при соотношении веса к мощности 1,9 фунта на лошадиную силу.Однако с маслом и охлаждающей жидкостью отношение веса к мощности увеличилось до 2,6 фунтов на л.с. Другой распространенный двигатель с водяным охлаждением, HispanoSuiza 8b, используемый в истребителях Spad XIII, весил 520 фунтов в сухом состоянии и имел отношение веса к мощности 2,6. Напротив, роторный двигатель Gnome Monosoupape 9 Type N весом 330 фунтов и мощностью 160 л.с. имел соотношение чуть более 2 фунтов на л.с.

Меньший вес двигателя означал, что самолеты с роторными двигателями в целом были легче и более маневренными, чем самолеты с рядными или V-образными двигателями с водяным охлаждением.Эдди Рикенбакер, лучший американский ас Первой мировой войны, в начале своей карьеры имел столкновение, которое продемонстрировало маневренность его роторного двигателя Nieuport 28 по сравнению с более тяжелым истребителем. Он рассказал историю в Fighting the Flying Circus : «Мы оба шли прямо вперед друг на друга в течение примерно двадцати секунд, пока не оказались почти на расстоянии крика, когда я обнаружил, к своему большому облегчению, что он носил синий центр. кокарда француза и его машина была Spad. К счастью, ни один из нас не выстрелил.Внезапно я увидел, как французский пилот пролетел надо мной и попытался сесть мне на хвост. Шучу я или нет, но я не мог допустить такого маневра, поэтому быстро метнулся под него и сам занял лучшую позицию. Nieuport может перехитрить Spad и немного быстрее набрать высоту; так что незнакомец вскоре обнаружил, что у него есть спичка».

Первый серийный роторный двигатель — 7-цилиндровый Gnome Omega мощностью 50 л.с. — дебютировал на Парижском авиасалоне в 1908 году. легкий, надежный и относительно мощный двигатель специально для самолетов.До Omega силовые установки самолетов представляли собой модификации либо тяжелых автомобильных двигателей с водяным охлаждением, либо двигателей мотоциклов, которые часто испытывали проблемы с охлаждением. Старший брат Сеген, Луи, в 1906 году основал Société des Moteurs Gnome и сразу же приступил к разработке прототипов. Их первый прототип был 5-цилиндровым радиальным, а второй — 7-цилиндровым роторным, который мало чем отличался от окончательной серийной версии.

Роторный двигатель изобрели не братья Сеген.Венгерский иммигрант Стивен Бальцер в 1894 году разработал роторный двигатель для использования в автомобилях. Главным нововведением Seguins было создание легкого ротора с использованием тщательной механической обработки. Каждый цилиндр со всеми ребрами охлаждения был выточен из цельной заготовки, в результате чего стенки цилиндра были прочными, но тонкими. Их вторым крупным достижением было успешное продвижение их новых силовых установок. Между 1908 годом и началом Первой мировой войны Gnome произвела около 4000 таких устройств и открыла дочерние предприятия в большинстве промышленно развитых стран.

Три фирмы производили большинство роторных двигателей, использовавшихся во время Первой мировой войны: Gnome, Le Rhône и Clerget. Британские двигатели Bentley представляли собой лицензионные модификации Clergets. Двигатели Oberursel немецкого производства, которые использовались в самолетах Fokker, таких как Dr.I, были в основном лицензионными копиями Le Rhônes, хотя Oberursel производил модификации в годы войны. В период с 1908 г. до конца войны разные фирмы создавали роторные двигатели самых разных конфигураций: 5-, 7- и 11-цилиндровые двигатели; двухрядные 18-цилиндровые двигатели; и ротор производства Siemens und Halske с гребным редуктором для поворота винта в направлении, противоположном двигателю.Однако наиболее распространенной конфигурацией был 9-цилиндровый роторный двигатель. Их было произведено десятками тысяч по сравнению, например, с 1200 более экзотическими двигателями Siemens.

Независимо от конфигурации все роторные двигатели являются четырехтактными двигателями. Распространенное заблуждение относительно роторных двигателей состоит в том, что они двухтактные, как сегодняшние двигатели бензопил. Это заблуждение, вероятно, возникает из-за путаницы в том, как они смазываются. Независимо от производителя роторные роторы используют масляную систему с полными потерями.Воздух, топливо и масло подаются в двигатель через полый коленчатый вал, создавая впечатление, что масло смешивается с газом, как в двухтактном двигателе. На самом деле масло и топливо не смешиваются. Касторовое масло, часто известной марки Castrol, было предпочтительным смазочным материалом именно потому, что масло сохраняло свои смазывающие свойства даже под давлением и при высокой температуре. Он не загорелся вместе с топливом, прошедшим через картер, цилиндры и выхлоп.

Ротари имеют нечетное количество цилиндров, так что зажигание может быть рассчитано на запуск каждого второго цилиндра с порядком зажигания цилиндра 1, затем 3-5-7-9-2-4-6-8.Чередующийся порядок зажигания обеспечивает плавность хода. Большинство радиальных двигателей имеют нечетное количество цилиндров по той же причине.

Самое устойчивое заблуждение о роторных двигателях имеет долю правды. Во многих книгах по авиации времен Первой мировой войны говорится, что роторные машины не имели дросселей и всегда работали на полной скорости; единственный способ замедлить их было временно выключить их с помощью купе или «мигающего» выключателя, который отключил зажигание. Фред Мюррин, нынешний пилот копий военных самолетов времен Первой мировой войны, летающий на роторных самолетах с 1993 года, прояснил путаницу: «У всех роторных двигателей был способ управления [оборотами двигателя], кроме 100-сильного Gnome.У всех были карбюраторы, кроме 100- и 160-сильных «Гномов».

Так что на самом деле под типичное описание подходит только один роторный двигатель, 100-сильный Gnome. Естественно, это оказалось очень непопулярным среди пилотов, так как они не могли регулировать скорость, увеличивая или уменьшая мощность. Канадский ас и командир 1-й группы преследования Гарольд Хартни, который летал на различных самолетах со 100-сильным двигателем Gnome, писал в своих мемуарах Up и At ’Em , что это был ужасный двигатель.

Производители разработали способы регулирования частоты вращения двигателя, манипулируя взаимосвязью между карбюратором, контролем смеси (или точной регулировкой, как это называлось в то время), а иногда и зажиганием.В разных типах двигателей использовались разные системы.

Двигатели

Le Rhône и Clerget (и, соответственно, силовые установки Oberursel и Bentley) имели по два клапана на цилиндр: один для подачи бензино-воздушной смеси и один для выпуска выхлопных газов после воспламенения смеси. У обоих были впускные патрубки, идущие от картера к головкам цилиндров. Воздушно-топливная смесь поднималась по трубам за счет сочетания разрежения в головках цилиндров и силы вращения двигателя. У Le Rhône было коромысло, которое приводило в действие оба клапана на каждом цилиндре и, в свою очередь, приводилось в действие одним штоком толкателя, соединенным с кулачками в картере.У Clerget было два отдельных клапана и два толкателя на цилиндр. Оба имели простые карбюраторы, регулируемые дросселями, которые изменяли количество воздуха, поступающего в топливно-воздушную смесь. Большее количество воздуха, проходящего через карбюратор, привело к воспламенению большего объема топливно-воздушной смеси в цилиндре и более быстрому рабочему ходу поршня, что привело к увеличению скорости двигателя.

Различная плотность воздуха на высоте и простота конструкции карбюраторов также требовали регулировки подачи топлива.Муррин объяснил: «Роторные двигатели с карбюраторами, которые представляли собой простые золотники с длинными дозирующими иглами, требовали клапана тонкой регулировки смеси перед топливной линией. Так что пилоту приходилось самому смешивать топливо и воздух, что было не так уж и сложно. Это делается почти так же, как наклон двигателя современного самолета. Диапазон оборотов роторного двигателя составлял примерно от 500-600 об/мин на холостом ходу до 1200-1300 об/мин на полной скорости».

Двигатели

Gnome не имели ни карбюраторов, ни дросселей. Единственным непосредственным управлением топливно-воздушной смесью у летчиков был рычаг точной регулировки расхода топлива в кабине.Гномов часто называли двигателями Monosoupape, что по-французски означает «одноклапанный». Единственный клапан одновременно впускал воздух для топливно-воздушной смеси и выпускал выхлопные газы после воспламенения смеси. Вместо клапана для впуска топлива у «Гномов» мощностью 100 и 160 л.с. впускные отверстия были ближе к днищу цилиндров. Поскольку силовые установки «Гнома» не имели ни дросселя, ни карбюратора, летчики могли изменять обороты двигателя, только прерывая зажигание. 160-сильный Gnome улучшил простой переключатель включения / выключения 100-сильной версии, предоставив селектор переменного опережения зажигания.

Эндрю Кинг, пилот и энтузиаст авиации времен Первой мировой войны, выросший недалеко от аэродрома Старый Райнбек, вспоминает звуки и запахи двигателей Gnome как одни из своих самых ранних воспоминаний. Полетев на трех самолетах с двигателями Gnome, он теперь строит копию Nieuport 28, чтобы в ней разместился его собственный Gnome. Кинг объяснил, как работает селекторный переключатель: «Мотор 160 «дросселировался» с помощью прерывателя зажигания. На переключателе пять положений: 4-3-2-1-0; 4 — полная мощность и нормальный порядок включения 1-3-5-7-9-2-4-6-8, а 0 — выключено.В положении 3 каждый второй импульс зажигания пропускается, поэтому порядок зажигания 1-5-9-4-8-3-7-2-6, и вместо этого требуется четыре оборота или два, чтобы все цилиндры загорелись — это половина скорость. В положении 2 для запуска всех цилиндров требуется восемь оборотов, 1 (пропуск 3-5-7), 9 (пропуск 2-4-6), 8 и так далее. В положении 1 это одна восьмая скорость, и для завершения порядка зажигания требуется 16 оборотов — звучит так, как будто он работает на одном цилиндре».

Согласно Муррину и Кингу, часто повторяемые рассказы о сложном управлении самолетом из-за гироскопических эффектов вращающихся двигателей — что вращающаяся масса двигателя делает очень быстрые повороты вправо и медленные повороты влево — преувеличены.«Когда вы слышите истории о том, что на роторных двигателях трудно летать, проблема заключается в том, что ими управляют неопытные люди», — объяснил Кинг. «Когда я совершил свой первый полет на винтокрылом самолете, я приземлился, а потом понял, что не заметил никаких гироскопических эффектов. Опытный пилот автоматически компенсирует эти вещи. Повороты вправо могут быть немного быстрее, но это потому, что роторный двигатель имеет тенденцию тянуть нос вниз [в этом направлении], и вы делаете более быстрый поворот вниз, чем поворот вверх.

Муррин согласился: «Есть небольшие гироскопические эффекты, но ничего близкого к преувеличенным сказкам, которые часто повторяются в печати и в документальных фильмах. Вы приспосабливаетесь к ним почти так же, как если бы вы летели в условиях умеренного порыва ветра. Реакция крутящего момента наиболее заметна во время взлета и планирования перед посадкой, когда двигатель «всплывает».

Более выраженное влияние на управляемость самолета оказали другие факторы. Кинг отметил, что все первые самолеты с роторными двигателями имели сильное неблагоприятное рыскание (склонность носа самолета указывать в направлении, противоположном крену при начале поворота), и все они имели тяжелое хвостовое оперение, что приводило к определенному отклонению от курса. степень нестабильности в обращении с ними.

Роторные двигатели

в целом были надежными, компактными, мощными для своего веса и не влияли отрицательно на управляемость самолета. А Хартни писал в Up and At ’Em , что на капитальный ремонт Gnomes в Nieuport 28 ушло всего четыре часа, а на HispanoSuizas в Spad XIII — четыре дня. Так почему же ротарианцы быстро потеряли популярность после окончания войны?

Кинг указал на усовершенствованную технологию: «Основной причиной создания роторных двигателей было охлаждение, и когда производители двигателей придумали, как отливать цилиндры с соответствующими охлаждающими ребрами, они смогли устранить всю сложность зажигания и топливно-воздушной смеси, которая у них была. с роторными двигателями.Муррин согласился, добавив логистическое соображение: «Роторные двигатели быстро устарели по нескольким причинам, но в основном из-за большого количества Castrol, необходимого для поддержания в воздухе эскадрильи самолетов с роторными двигателями. Большинство роторных двигателей потребляют около пяти или шести литров масла в час».

Кроме того, возможно, главная причина отказа от роторных двигателей заключалась в том, что сама природа их конструкции ограничивала общую мощность, которую они могли развивать. Частью проблемы было сопротивление вращающегося двигателя, снижавшее доступную мощность примерно на 10 процентов.Но главная причина заключалась в том, что длинный путь впуска топлива/воздуха — через полый коленчатый вал в картер и через впускные трубы или отверстия в цилиндр — ограничивал количество смеси, которая могла попасть в цилиндры, что, в свою очередь, создавало потолок мощности. Самый большой и самый мощный широко производимый роторный двигатель Bentley BR2 весил 498 фунтов и производил 230 л.с. Хотя в то время это выгодно отличалось от рядных двигателей, это также было практическим пределом развития роторных двигателей. Разработчики рядных двигателей продолжали доводить свои разработки до 300 л.с. и выше, а с появлением более совершенной металлургии и производственных технологий конструкторы двигателей приступили к разработке практичных радиальных двигателей.Радиальные двигатели обладают многими из тех же преимуществ, что и роторные — хорошее соотношение мощности к весу и простое охлаждение — но без присущей им неэффективности.

Однако пока не стоит считать роторы полностью мертвыми. Группы энтузиастов по всему миру восстанавливают оригинальные самолеты времен Первой мировой войны или строят новые копии в точном соответствии с оригинальными характеристиками. Следовательно, существует большой спрос на рабочие, оригинальные роторные двигатели. На самом деле достаточный спрос, чтобы фирма начала производить новые роторные тарелки. Фред Муррин сейчас работает в The Vintage Aviator Ltd.в Веллингтоне, Новая Зеландия, помогая производить реплики Le Rhône и Oberursel. «Очень интересно создавать эти новые двигатели с нуля», — говорит Муррин. Надеемся, что вскоре больше пилотов смогут испытать полеты с роторными двигателями, и больше людей смогут увидеть эти замечательные двигатели в действии.

Дрю Эймс — специалист по экологическому планированию и автор-фрилансер. Для дальнейшего чтения он предлагает: Rotary Aero Engine , Эндрю Нахум; и Двигатель самолета , Лайонел С.Знаки

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Одна из проблем с обычными конструкциями автомобильных двигателей заключается в том, что
Поршни движутся по прямой линии вверх и вниз в своих цилиндрах,
Для создания так называемого возвратно-поступательного движения.

Внутри двухроторного Ванкеля В NSU Ro80 и более современных автомобилях Mazda с двигателями Ванкеля используются сдвоенные роторы. Роторы приводят в движение выходной вал, проходящий через их центр. Этот вал соединен с маховиком для сглаживания импульсов мощности двигателя.
Преимущество сдвоенных роторов заключается в том, что,
При установке на 180° в противофазе друг с другом,
Один ротор гасит любые вибрации, создаваемые другим ротором,
Обеспечивая исключительно плавную работу двигателя.

Однако для опорных катков требуется другой вид движения – вращательное движение.
Для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное
Поршни соединены с коленчатым валом таким образом,
Когда поршни движутся вверх и вниз, они заставляют коленчатый вал вращаться.
Затем вращательное движение коленчатого вала может быть передано на дорогу;
Колеса для передвижения.

Также прочитайте – Разница между коленчатым валом и распределительным валом

Автомобильный двигатель был бы намного проще, если бы поршни могли вращаться,
Вместо того, чтобы двигаться вверх и вниз, поскольку вращательное движение, таким образом, могло;
Затем передается непосредственно на опорные катки
(хотя зубчатая передача все равно потребуется).

Еще одним преимуществом такого роторного двигателя было бы то, что поршни
всегда двигались бы в одном и том же направлении по окружности.
Никакая часть мощности двигателя не будет потрачена впустую, если поршни
остановятся в конце их хода и снова разгонят их в противоположном направлении,
Как это происходит в поршневом двигателе.

Разработка

Несмотря на привлекательность идеи,
Только один тип роторного двигателя когда-либо успешно использовался в автомобилях.
Это двигатель Ванкеля, разработанный Феликсом Ванкелем.

Он начал исследования роторных компрессоров в 1938 году.
После Второй мировой войны он объединился с NSU
(немецкий производитель автомобилей, позже ставший частью VW Audi).
Чтобы превратить его компрессоры в практичный двигатель внутреннего сгорания

К 1957 году Ванкель построил экспериментальный роторный двигатель
, который работал на испытательном стенде
. А в 1964 году этот двигатель был предложен публике в NSU Wankel Spider.
Этот небольшой спортивный автомобиль с задним расположением двигателя имел двигатель Ванкеля объемом 498 куб.см.
Тем не менее, он мог развивать мощность 50 л.с. и развивать максимальную скорость 95 миль в час (152 км в час).

Spyder так и не завоевал популярность у публики,
Автомобиль, который принес известность двигателю Ванкеля
, был NSU R080, который был признан автомобилем года в 1968 году. Он имел двухроторный двигатель 995c и мог развивать скорость до 110 миль в час. (177,03 км/ч).

Емкости Ванкеля

Конструкция двигателя Ванкеля делает его гораздо более мощным, чем поршневой двигатель
той же мощности.

NSU Wankel Spider с двигателем объемом 498 куб. см, обеспечивающим максимальную скорость почти;
100 миль в час (около 161 км/ч) — один из примеров.

Совсем недавно
Mazda RX-7 купе имеет объем двигателя всего 1308 куб. см (654 куб. см на ротор),
Тем не менее, его рабочие характеристики аналогичны
Porsche 924S с объемом двигателя 2479 куб.

Чтобы приравнять мощность двигателя Ванкеля и поршневого двигателя с точки зрения производительности,
Мощность двигателя Ванкеля необходимо умножить на 1.8.
Это означает, что двигатель RX-7 объемом 1308 куб. см имеет такую ​​же мощность
, что и поршневой двигатель объемом 2354 куб.

Внутри Ванкеля

Сердцем двигателя Ванкеля является трехсторонний поршень, называемый ротором, вращающийся внутри корпуса ротора. С каждой стороны корпуса находится торцевая пластина.

Стороны ротора изогнуты в виде трех лепестков, а корпус ротора имеет форму
Примерно в виде жирной восьмерки, так что при вращении ротора
Зазор между каждой стороной ротора и корпусом становится попеременно больше и меньше .Этот постоянно меняющийся зазор является ключом к процессу горения.

Топливно-воздушная смесь поступает в корпус в момент времени, когда увеличивается захваченный объем
Между стенкой корпуса и одним из лепестков ротора.
По мере увеличения этого объема создается вакуум.
Всасывание топливно-воздушной смеси через отверстия в корпусе и концевой пластине.

По мере вращения ротора этот объем начинает уменьшаться, сжимая топливно-воздушную смесь. Затем эта смесь проходит через свечу зажигания, вставленную в стенку корпуса
.Свеча зажигания воспламеняет смесь,
заставляя ее расширяться и вращать ротор по кругу.

В этот момент объем между ротором и корпусом увеличивается, чтобы обеспечить расширение газов.

Наконец, объем снова уменьшается,
Вытеснение отработавших газов через выпускные отверстия.

Таким образом, ротор проходит через тот же четырехтактный цикл, что и поршневой двигатель — впуск, сжатие,
Мощность и выхлоп, но каждая из трех лопастей ротора проходит этот процесс непрерывно,
Таким образом, для каждой оборот ротора.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ:

Через центр ротора проходит выходной вал, с которым ротор связан
С помощью системы планетарных передач, аналогичной системе автоматической коробки передач
(см. Системы 44 и 45).
Зубчатая передача позволяет ротору двигаться по эксцентричной орбите, так что три;
Наконечники ротора постоянно касаются корпуса.

Когда ротор вращается, он вращает этот вал. Вал передает это вращательное движение на трансмиссию и, таким образом, на опорные катки.

Рабочий цикл роторного двигателя Ванкеля

Индукция
Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие,
Следующая камера начинает увеличиваться в размерах из-за эксцентричной орбиты ротора. Они вызывают всасывание топливно-воздушной смеси в камеру. Сжатие
По мере того, как ротор продолжает вращаться, камера начинает уменьшаться в размерах,
Сжатие топливно-воздушной смеси, готовой к воспламенению. Зажигание
Когда камера проходит над свечами зажигания, они воспламеняют смесь.
Все современные двигатели Ванкеля также имеют две свечи зажигания.
Убедитесь, что топливно-воздушная смесь сгорает равномерно по всей камере. Выхлоп
Расширение горючих газов заставляет ротор совершать свой цикл,
Проходя через выпускное отверстие, где газы вытесняются из камеры.
Этот цикл происходит одновременно во всех трех камерах.

Отличия

Конструкция двигателя Ванкеля означает, что он не имеет клапанов, топливно-воздушная смесь просто
Входит и выходит из камеры через отверстия в корпусе ротора и торцевой пластине.Поэтому у него также нет рокеров, распределительного вала или толкателей.

Это означает, что у Ванкеля примерно вдвое меньше деталей, чем у поршневого двигателя. Он также легче и компактнее.
Однако для
по-прежнему требуются многие из тех же вспомогательных устройств, что и для других двигателей – стартер,
Генератор, система охлаждения, карбюратор или впрыск топлива, масляный насос и так далее.
Как только двигатель будет установлен со всем этим,
Он потеряет большую часть преимуществ своей компактности и легкого веса.

Тем не менее, двигатель Ванкеля в Ro80 получил высокую оценку за плавность хода и отсутствие вибрации. Отчасти это произошло из-за того, что в двигателе два ротора были установлены на одной линии
друг с другом, но в отдельных корпусах.
Каждый из них вращался примерно на одном и том же выходном валу, но их синхронизация была установлена ​​на 180 °;
Чтобы любая неуравновешивающая сила, создаваемая одним ротором, компенсировалась
Такими же силами другого ротора,
И чтобы они вместе создавали более равномерное вращательное движение.

Ограничения Ванкеля

Несмотря на то, что проблема уплотнений в настоящее время в значительной степени решена,
до сих пор не удалось использовать весь потенциал двигателя Ванкеля для;
Использование автомобиля из-за ограничения срока службы компонентов двигателя.

Еще одна проблема заключается в том, что обычный поршневой автомобильный двигатель
хорошо работает в довольно широком диапазоне скоростей и нагрузок,
тогда как двигатель Ванкеля лучше всего работает только в гораздо более узком диапазоне.

Ранние проблемы

Как только базовая конструкция Ванкеля была разработана,
проблемы вскоре стали очевидны. Одним из них был износ уплотнения.
Роторы герметизированы со всех сторон, чтобы гарантировать, что газы
не просачиваются через наконечники из частей корпуса с высоким сжатием в части
с низким сжатием.

На поршневых двигателях это уплотнение частично обеспечивается клапанами и;
Частично из-за поршневых колец, но особые проблемы вызывали уплотнения на двигателе Ванкеля.

Уплотнения менее эффективны при низких оборотах двигателя,

Там, где они должны быть снабжены пружинами, чтобы удерживать их прижатыми к боковой стороне корпуса.

Но при высоких оборотах двигателя сочетание центробежных сил и высокого давления газа
значительно сильнее прижимает уплотнения к корпусу.
У раннего Ванкеля были уплотнения из углерода,
Но более поздние конструкции имели специальные чугунные уплотнения, которые оказались более прочными.

Для обеспечения дополнительной защиты внутренняя часть корпуса и торцевые пластины
были покрыты износостойким покрытием.
Второй серьезной проблемой является износ восьмиобразной рабочей поверхности, вызванный «дребезжанием» уплотнений.

Формы камер

Другой проблемой двигателя Ванкеля является форма камеры сгорания
. В типичном поршневом двигателе
камера имеет примерно полусферическую форму,
что способствует равномерному и постепенному сгоранию топливно-воздушной смеси.

В двигателе Ванкеля,
Камера сгорания неизбежно длинная и плоская,
Форма, которая значительно затрудняет оптимальное сгорание.

Mazda – чей RX-7 в настоящее время является единственным автомобилем с двигателем Ванкеля, продаваемым в Великобритании.

Роторный двигатель Mazda 13B Впуск,
Схема двигателя и выхлопа роторного двигателя Mazda 13B.
Этот двигатель имеет электронный впрыск топлива с двумя топливными форсунками на ротор.
Первичные форсунки работают постоянно,
Пока вторичные работают только
При повышенных оборотах двигателя или нагрузке.
Выбросы выхлопных газов сокращаются за счет использования термического реактора для нагрева отходящих газов
, при этом тепло передается теплообменником, расположенным дальше по выхлопной трубе
.

Отсутствие успеха

Несмотря на мощность и плавность хода Ванкеля, он имеет;
Пока не удалось завоевать популярность у подавляющего большинства автопроизводителей.

Основной причиной является высокий расход топлива;
По склонности топливно-воздушной смеси к неравномерному сгоранию.
Неравномерность сгорания в двигателе Ванкеля также создает другую проблему;
Высокие уровни выбросов частично сгоревших углеводородов.

За годы, прошедшие с тех пор, как R080 привлек внимание к теоретическим преимуществам двигателя
Ванкеля,
Были различные нефтяные кризисы и постоянное давление со стороны правительств и общественности
с целью снижения уровня выбросов выхлопных газов и лучшего расхода топлива.