Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

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

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

Составные элементы и принцип работы

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

Детали Роторно-поршневого двигателя

   Принцип работы двигателя Ванкеля

На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:

— 1,308 см3 – рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;
— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.

Смесеобразование

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

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

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

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

Особенности РПД

Преимущества

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

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

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

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

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

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

Недостатки двигателя Ванкеля

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

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

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

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

КПД роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

1. Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

2. КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

3. Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Современное состояние роторно-поршневого двигателя

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

Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke. Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.

Между 1964 и 1967 годом произведено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменён на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 выпущено 37398 машин.

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

Российские РПД

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

Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем

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

С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится. В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин. «Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.

Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414

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

Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.

Роторно-поршневой двигатель — это… Что такое Роторно-поршневой двигатель?

Роторно-поршневой двигатель в разрезе, с ротором, изготовленным в форме треугольника Рёло

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.^[1]

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра^[2]).

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) Роторно-поршневой двигатель

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, масла — от 0,4 л до 1 л на 1000 км.

Преимущества и недостатки

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями

• низкий уровень вибраций. Роторно-поршневой двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
• главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
• Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:

1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
2. К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором — 350 л.с.)

• меньшие в 1,5-2 раза габаритные размеры.
• меньшее на 35-40 % число деталей

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, но с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Недостатки:

• Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.
  В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

• Наиболее важной проблемой считается состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.
  Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.

• Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.

• Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

• При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.

Применение

NSU Ro80.

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Spider.

Первый массовый (37 204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых^{[источник не указан 1238 дней]}; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (Россия)^[3].

Современное состояние

Инженерам фирмы Mazda, создавшим роторно-поршневой двигатель «Renesis» (производное от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей), удалось решить основные проблемы таких двигателей — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками, удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1,6 литра, и при большей мощности, нагревается меньше.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании (первые буквы от названия «Renesis») могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород (так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня). Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков.

Авиационные двигатели

В начале 50-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг авиационного инженера В. Полякова, созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ.^[4] Позднее, в 90-х годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Несмотря на ряд попыток установки двигателя Ванкеля на самолетах (опытные образцы испытывались в разных странах с 1950-х годов), он не нашел широкого применения в авиации. В настоящее время (2011) двигатель Ванкеля устанавливается на некоторые модели мотопланеров Schleicher.

См. также

Примечания

Литература

• Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия

Ссылки

РПД СССР/России

Авиационные РПД

Роторно-поршневой двигатель

Купе “Mazda RX-8” оснащено новейшим роторно-поршневым двигателем “Renesis”.

Этот РПД стал одним из лауреатов конкурса “Лучший двигатель 2003 года”.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ двигатель (РПД) работает по тому же четырехтактному циклу, что и обычный мотор. Но их конструкции кардинально различаются.

Вместо поршня в РПД используется похожий на треугольник ротор-“дельтроид”. Он вращается внутри статора сложной формы, постоянно касаясь его своими вершинами. То есть в корпусе двигателя образуются три полости переменного объема (в каждой из которых и происходит рабочий процесс). Через специальные каналы в них подаются воздух и топливо, а также выводятся наружу выхлопные газы. Открывает и закрывает трубопроводы сам ротор, поэтому привычного механизма газораспределения здесь нет. Рабочая смесь воспламеняется с помощью обычной свечи зажигания. Крутящий момент от ротора передается через зубчатую передачу на эксцентриковый вал, а с него – на трансмиссию автомобиля. Устанавливая друг за другом несколько подобных “секций”, конструкторы получают двигатель необходимой мощности.

Чем же роторно-поршневой мотор лучше традиционного ДВС? Прежде всего РПД намного легче и компактнее (примерно в 23 раза), к тому же он состоит из меньшего количества деталей. Отсутствие перемещающихся вверх-вниз деталей поршневой группы снизило вибрации. Кроме того, двигатель Ванкеля мощнее и может раскручиваться до более высоких оборотов. Например, с 1,3 л рабочего объема при 7.0008.000 об/мин инженеры снимают 200-230 л.с. Впечатляет..

Но изготовление таких двигателей обходится недешево. Дабы обеспечить необходимую долговечность вершин ротора и рабочей поверхности статора, приходится использовать дорогие материалы и технологии.

Но это еще полбеды. Из-за сложной формы рабочих полостей процесс сгорания смеси неоптимален. Как результат – РПД менее экономичен и обладает очень ядовитым выхлопом. Чтобы уложиться в современные экологические нормы, конструкторам приходится идти на различные технические ухищрения. Сегодня лишь немногие автомобильные фирмы могут позволить себе финансировать подобные разработки. Одна из таких компаний – “Mazda”, традиционно уже много лет выпускающая спортивные купе, оснащенные роторно-поршневыми двигателями.

 

Автор

Виталий ЮРЬЕВ

Издание

Клаксон №10 2007 год

ФПИ: В России разработан высотный авиационный роторно-поршневой двигатель

6 февраля 2020 г., AEX.RU –  В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований (ФПИ) и Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П.И. Баранова разработан перспективный авиационный односекционный турбированный роторно-поршневой двигатель (РПД). При рабочем объеме 0,4 литра и весе роторно-статорного модуля РПД в 28 килограммов достигнутое при моторных определительных испытаниях максимальное пиковое значение мощности составило более 120 лошадиных сил. Об этом сообщает пресс-служба ФПИ.

Основная задача, которая стояла перед разработчиками нового двигателя – ликвидация недостатка РПД, а именно низкого ресурса основных элементов двигателя и повышение общего ресурса силовой установки при улучшении ее высоких удельных характеристик. Решение состояло в применении в конструкции композиционных металлокерамических материалов нового поколения с высокими физико-механическими характеристиками. Композиты, в частности, применены в износостойкой вставке статора, радиальных, маслосъемных и торцевых уплотнениях ротора, подшипниковых узлах, износостойком покрытии эксцентрикового вала, рассказали в ФПИ.

В двигателе также используется специально разработанная уникальная система турбонаддува, часть ее элементов изготовлена с помощью аддитивных технологий  с использованием отечественного сырья. Также разработана отечественная электронная система управления двигателем и спроектирована современная система топливоподачи.

«Правильность выбора указанных конструкторских и технологических решений подтверждена в ходе полного комплекса стендовых испытаний. В частности, проведены круглосуточные ресурсные испытания продолжительностью более 250 часов по самолетному и вертолетному циклам работы. Последующие дефектовки подтвердили крайне низкий износ деталей на уровне допустимых износов деталей классических ДВС и лучших РПД. На основании проведенных экспериментальных исследований по утвержденным методикам Центрального института авиационного моторостроения определен межремонтный ресурс двигателя в 1000 часов и полный ресурс – 5000 часов», — отметили в ФПИ.

Также в ходе высотно-климатических испытаний на уникальном стенде УВ-3К с термобарокамерой подтверждена возможность стабильной эксплуатации РПД в широком диапазоне температур — от -63,8°С до +52°С и высот — до 10 000 метров, а также возможность поддержания взлетной мощности до высоты 7 000 метров. Двигатель способен работать на различных видах топлива, в том числе на газе, авиационном и автомобильном бензине.

Основные сферы применения перспективного двигателя— беспилотные летательные аппараты, легкомоторная авиация, робототехнические платформы различного назначения, в составе генераторов гибридных силовых установок, в качестве лодочных и автомобильных моторов.

Интерес к инновационной разработке российских ученых уже проявили ведущие предприятия авиастроительной отрасли, компании, специализирующиеся на производстве техники для активного отдыха, и представители Министерства обороны Российской Федерации.

KUNST! Mazda отмечает 40-летие производства роторных двигателей — ДРАЙВ

В современном автомобильном мире становится всё меньше марок, обладающих яркой индивидуальностью. Всё больше ценится серая надёжность, и мало кому нужен яркий дизайн или оригинальные технические решения. Но есть компании, которые продолжают гнуть свою линию. Например, Mazda, в этом году отмечающая сорокалетие своих серийных роторно-поршневых двигателей.

Спортивные модели Mazda и роторно-поршневые двигатели — сейчас это практически синонимы. Но сам мотор придумали вовсе не японцы. В 1951 году, работая на компанию NSU, Феликс Ванкель (Felix Wankel) начал разрабатывать мотор собственной конструкции. Первый рабочий прототип автомобиля с получившимся агрегатом появился лишь шесть лет спустя. Впоследствии много кто занимался «движками» подобной конструкции — их применяли на автомобилях, мотоциклах и даже автобусах. А компания Rolls-Royce в начале 60-х даже сделала дизельную версию роторно-поршневого двигателя Ванкеля.

Mazda Cosmo Sport — первая роторная ласточка фирмы — была сделана тиражом чуть больше 1,5 тысяч экземпляров.

Первой машиной Mazda с «ротором» была Cosmo Sport. Прототип этого красивейшего купе был сделан ещё в 1963 году. А в 65-м и 66-м компания построила 80 автомобилей, на которых проводились испытания, и лишь в мае 67-го с конвейера сошли серийные машины. Mazda Cosmo Sport, также известная как 110S, стала не только первой роторной Маздой, но и первым автомобилем с двухсекционным мотором — с двумя роторами и секциями рабочим объёмом по 491 см³. Cosmo Sport образца 1967 года имела двигатель всего в 982 «кубика», но его мощность была вполне приличной — 110 лошадиных сил. Это позволяло ей разгоняться до 185 километров в час — недурно для того времени.

Автобус Mazda Parkway 26. Даже он оснащался роторным двигателем.

Почему роторные двигатели развивают такую мощность при столь малом объёме? Во-первых, в отличие от традиционных ДВС, в которых поршни движутся вверх-вниз, здесь крутится треугольник-ротор. А это значит, что и нагрузки на него меньше. Именно поэтому современные роторные «движки» влёгкую крутятся до 9 с лишним тысяч оборотов. Во-вторых, рабочий объём у «Ванкелей» используется более полно и постоянно. За впуск и выпуск отвечают разные «зоны» мотора, а не одна и та же. Ротор делит рабочую секцию на три части, каждая из которых постоянно работает, в то время как в обычном поршневом двигателе один и тот же объём сначала работает на сжатие, а потом на воспламенение. Поэтому так называемый приведённый рабочий объём (грубо говоря — эквивалент обычного в поршневых ДВС) в два раза больше номинального. Кроме того, роторные моторы чрезвычайно компактны и до неприличия легки — а это сулит одни лишь плюсы.

Вот так работает роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Идеальный мотор? Если бы! Проблем с двигателями Ванкеля просто огромное количество. Во-первых, они обладают низким крутящим моментом, а максимальная мощность у них, соответственно, достигается при высоких оборотах. Поэтому мотор для получения большой мощности надо «крутить», а это значит, что совершается больше циклов, и на ресурсе это отражается, естественно, не самым лучшим образом. Во-вторых, камера сгорания у РПД некомпактная, а это приводит к низкому КПД. Отсюда и высокий расход топлива. В-третьих, у такого двигателя большущие проблемы с обеспечением уплотнения подвижных сопряжений ротора и стенок секции. И масло РПД пожирает ну просто в промышленных масштабах — причём это не неисправность, а особенность конструкции.

Двигатель Renesis в разрезе.

Короче, все, поэкспериментировав немного с роторными двигателями и столкнувшись с вышеперечисленными проблемами, задвинули свои разработки куда подальше и отказались от затеи. Все, кроме Mazda. На сегодняшний день эта компания остаётся единственным производителем, не только делающим РПД, но и активно их совершенствующим.

До появления двигателя Renesis многие роторные моторы Mazda были оснащены турбонаддувом.

Надёжность своих «роторов» Mazda доказала, выставив в 1968 году две машины на старт 84-часового марафона de la Route на знаменитом Нюрбургринге. Серийные Cosmo Sport со 130-сильными РПД практически всю гонку держались на четвёртом и пятом местах (из 58 стартовавших экипажей) и… сошли! Но вовсе не из-за проблем с моторами, а из-за повреждения полуосей всего за два часа до финиша.

В семидесятых годах у Mazda сложились обозначения роторных машин — их начали звать RX.

К слову об автоспорте. Своего высшего успеха роторные двигатели добились именно с компанией Mazda, когда болид 787B в 1991 году выиграл 24-часовой марафон в Ле-Мане. После этого РПД были поставлены под запрет в этой гонке. А в Америке даже существует серия Formula Mazda, где гоняются болиды с роторными моторами.

Mazda 787B — единственный японский автомобиль, победивший в знаменитом Ле-Мане в классе прототипов.

Последняя разработка Mazda — мотор Renesis, устанавливающийся на купе RX-8. В ходе его разработки инженерам Mazda удалось победить многие врождённые пороки конструкции, такие, как небольшой ресурс и высокое потребление топлива. При мощности под 250 лошадиных сил, он «кушает» немногим более 11 литров бензина в смешанном режиме.

На RX-8 дебютировал роторный двигатель Mazda нового поколения, а сама машина стала бестселлером.

Даже экспериментальные водородные автомобили у Mazda — роторные.

Но и на этом японцы не останавливаются. Во-первых, они готовят новое поколение «движка» Renesis, а во-вторых, приспосабливают нынешнее для работы на водороде. А первые Mazda RX-8 с роторными моторами, способными работать как на бензине, так и на водороде, уже ездят по улицам Токио. Так что юбилей получился и правда знатный — ведь Mazda единственная компания, которая не остановилась и продолжала развивать конструкцию, которую многие считали бесперспективной. И не просто доказала миру её жизнеспособность, но и довела практически до совершенства.

Энергетическое образование

5. Роторно-поршневые двигатели

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ванкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя. Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т.п. Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый).

Инженерам фирмы Mazda удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками «Renesis», удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1.6 литра, и большую мощность, меньше нагревается.

Двигатель Mazda.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня. Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4 — 0,6 л.). В настоящее время исследование этого типа двигателя активно ведёт японский автоконцерн Mazda, оснащая доработанными моделями роторных двигателей автомобили серии RX.

Двигатель Mazda.

История двигателя Ванкеля / Итоги токийского автосалона | Новости автомобилестроения в Германии | DW

С равномерным жужжанием хорошо смазанного электромотора работает на испытательных стендах Некарсульма этот удивительный двигатель внутреннего сгорания. Эксперты уже предрекают скорый конец привычного двигателя и выражают уверенность, что автопромышленность отдаст предпочтение ротороно-поршневой системе.

Вот так восторжено описывали журналисты в 1959 году изобретение, которое, как предполагалось, должно было совершить настоящую революцию в автомобилестроении. И действительно, двигатель, который представил тогда изобретатель Феликс Ванкель стал настоящей сенсацией. Первый раз в истории мотор передавал энергию, обходясь без кривошипно-шатунного механизма и коленвала, и толкал при этом не поршень, а фактически ротор.

Всё началось в середине 20-х годов прошлого века. Тогда ещё совсем молодой Ванкель попытался смастерить авто собственной конструкции. Двигатель для своего детища он подыскал на свалке. Но самодельная машина страдала от одного главного недостатка: уж слишком лихорадил мотор легкую конструкцию. Как же избавиться от назойливой вибрации?

Как и многие другие инженеры, я не мог смириться с мыслью, что обычная система, основанная на поступательном движении поршней, является единственно возможным принципом работы двигателей внутреннего сгорания. Для того, чтобы колеса прокручивались, необходимо устранить тряску и превратить вибрирующий ритм взлетающих и опускающихся поршней в гармоничную и ровную работу мотора. А это крайне не просто. Для этого необходимо оснастить двигатель сложными шатунными механизмами и коленчатыми валами, решить массу технических проблем – и всё это для того, чтобы автомобиль сделал нам одолжение и поехал.

— рассказывал впоследстии журналистам Феликс Ванкель.

В результате долгих поисков, он пришел к идее разработать двигатель, работающий по принципу турбины или электромотора. Но только через тридцать лет – в середине 50-х годов – Ванкель пришел к той компактной и лёгкой конструкции, которая соответствовала требованиям автопроизводителей. Вместо кривошипно-шатунного механизма, толкающего поршень, Ванкель установил треугольный поршень. Он укреплен на валу и создает необходимое сжатие горючего, вращаясь внутри камеры сгорания. В том, что Ванкелю всё же удалось довести принципиально новый двигатель до серийного производства, во многом заслуга Некарсульмских моторных заводов или сокращенно NSU. Позднее эту сравнительно небольшую фирму поглотил концерн AUDI. В 1964-м году на дорогах Германии появился небольшой автомобиль-кабриолет под названием Wankel-Spider, оснащенный первым в мире серийным роторно-поршневым двигателем. Плоский и компактный мотор объемом всего в 500 куб.см. и мощностьюв 50 л.с. размещался под багажником. До сотни км. в ч. Spider разгонялся за 16 секунд, а его максимальная скорость составляла 152 км. в ч. Для тех времен это были вполне достойные показатели. В начале Spider страдал от перебоев системы зажигания. Но разработанное в 66-м году транзисторное зажигание помогло избавиться от этой проблемы. Не только фанаты, но и владельцы бензоколонок полюбили этот автомобильчик, потреблявший более 10 литров бензина на сто км и 5 литров масла на тысячу км. Главным недостатком был уровень шума мотора – машину было слышно задолго до её появления из-за поворота. Так что выпускалась она недолго и большим спросом не пользовалась – до октября 68-го года было продано лишь 2375 машины – вдвое меньше, чем планировалось. Зато Spider прекрасно чувствовал себя на виражах и благодаря этому в 1966 году его гоночный вариант выиграл ралли по горам Германии. Однако наиболее продвинутым немецким автомобилем с роторно-поршневым двигателем стал ставший в 1967 году на конвейер Ro-80. В том же году он без труда завоевывает звание «автомобиль года». Ro – означало «ротор», а число 80 должно было символизировать, что в данном случае речь идет об автомобиле будущего – автомобиле восьмидесятых годов. И действительно – эта машина просто опередила время. Фирма NSU использовала компактность роторного двигателя для того, чтобы сделать Ro-80 переприводным с полуавтоматической коробкой. При объеме двигателя всего в один литр машина развивала 115 л.с. Максимальная скорость 180 км в ч. делала её одним из самых быстрых лимузинов той поры. Очертания кузова этой модели и её отдельные детали легко узнаются в AUDI-100 80-х годов. По замыслу стратегов NSU, Ro-80 должен был конкурировать с «Мерседесами». Но двигатели были ещё далеки от совершенства. Фирме пришлось создать целый склад для замены моторов, нередко выбывавших из строя всего после нескольких тысяч пройденных километров. Инженерам так и не удалось добиться полной герметичности статора – по сути, той же болезнью до сих пор страдают и современные варианты роторно-поршневых двигателей. На максимальной скорости Ro-80 расходовал ни много, ни мало — 18 литров бензина, и это на фоне разразившихся в 70-х первых энергетических кризисов. В 1977 году серийный выпуск автомобилей с двигателями Ванкеля в Германии был прекращен. Рассказывает инженер Маркус Трунцер, работавший на NSU:

В 77-м году у нас уже был усовершенствованный вариант роторно-поршневого двигателя, и мы хотели ставить его на дорогие машины верхнего среднего класса, но потом, по техническим причинам и из соображений экономии, решили ограничиться традиционными моторами с поступательным движением поршней. Без сомнения, Wankel-Motor хорош своими небольшими размерами, равномерностью работы и плавностью хода. Однако недостатки, с которыми так и не удалось справиться полностью, перевесили все достоинства. Так, двигатель из-за большой поверхности камеры сгорания, обладал слишком низким термическим КПД, а потому и слишком низкой скоростью преобразования энергии и высокой потерей тепла. Кроме того, расход топлива был на 10-20 процентов выше, чем у традиционного мотора с поступательным движением поршней. Вдвое больше был и выброс вредных веществ. В общем, двигатель Ванкеля ушёл в историю и, по меньшей мере AUDI не собирается работать над его развитием, хотя и вспоминает о нём с удовольствием.

Сегодня только концерн Mazda продолжает работать с роторно-поршневыми моторами. Начали японские инженеры ещё в восьмидесятых со спортивной модели RX-3, оснащенной двигателем Ванкеля мощностью в 105 л.с. Машина была довольно популярной. Во многом благодаря высокому качеству двигателей и хорошему сервису. В середине 80-х заметного успеха добилась модель RX-7, имевшая счетверенный роторно-поршневой двигатель, развивавший до 170 л.с. В 90-х ему на смену пришел ещё более мощный двигатель мощностью в 270 лошадок. Сотни эта машина достигала за 5,3 секунд. В восьмидесятых годах Феликс Ванкель почувствовал себя тем самым пророком, которых, как известно, нет в своем отечестве. В 1988 году, незадолго до смерти, 86-летний Ванкель с горечью констаирует:

Японцы продали полтора миллиона роторно-поршневых моторов. Японцы продают ежегодно около ста тысяч спортивных автомобилей. Однако у нас до сих пор никто даже пальцем не пошевелил.

Дело гениального конструктора живет и сегодня. Правда, по-прежнему в Японии. Прежде всего, это выпускающаяся серийно модель Mazda RX-8. Предлагаемые для неё силовые агрегаты — оба роторно-поршневые (один мощностью в 192, другой в 231 л.с.) При этом автомобиль обладает идеальной для машин с задним приводом развесовкой – 50/50 и очень низким центром тяжести, что крайне важно для управляемости. Машина представляет собой полукупе-полуседан, где, в дополнение к двум передним дверям, сзади, против хода, открываются не полноразмерные двери, а «половинки». На прошедшем совсем недавно Токийском автосалоне концерн Mazda в очередной раз продемонстрировал свою верность принципу Ванкеля. Там был представлен концепт-кар Mazda Senku (что означает в переводе на русский «пионер»), на который установлен двигатель нового поколения. Впрысковый роторно-поршневой мотор у этого похожего на инопланетного хищника автомобиля спарен с гибридным модулем. Силовая установка и батареи расположены по уже сложившейся в концерне традиции таким образом, что на каждую ось пришлась ровно половина веса автомобиля. Сообщается, что электродвигатель не повлиял на спортивные характеристики роторного двигателя, а лишь улучшил экономичность и экологичность концепт-кара. И, наконец, ещё одна разработка под названием Mazda Premacy HRE Hybrid. Этот несколько курьезный силовой агрегат объединил в себе двигатель Ванкеля, функционирующий как на бензине, так и на водороде, а также электродвигатель, который может подрабатывать стартером и помогать двигателю, когда тот работает в зоне низких оборотов. Правда, когда эта концепция дорастет до серийного производства и дорастет ли вообще — пока не сообщается.

Помимо роторно-гибридного двигателя на нынешнем Токио Мотор Шоу были представлены и другие, ещё более смелые концепции. Вообще, всем тем, кто хочет знать, какими будут автомобили лет через десять, было просто необходимо побывать на Токийском автосалоне, закончившемся около неделю назад. По мнению многих экспертов, на этот раз особенно зримыми стали тенденции, наметившиеся в мировом автомобилестроении в последние годы. Машины и всевозможные транспортные средства начинают приспосабливаться к требованиям стареющего общества; всё больше новых моделей ориентированы на индивидуальные запросы покупателей; развернулось настоящее сражение гибридных двигателей с дизельными и оказалось, что ожидание внедрения в серийное производство водородных силовых агрегатов может растянуться на многие годы, если не десятилетия. Но начнем по порядку. Ни для кого не секрет, что средний возраст жителей индустриальных стран стремительно приближается к пожилому. Причем, касается это не только самых развитых стран, таких как США, Япония или европейские государства, но и стран с быстро развивающейся экономикой, как выяснилось, даже Китая. А посему человек пожилой подбирает себе автомобиль по критериям, кажущимся людям молодым несущественными. Особые внимание конструкторы теперь уделяют возможностям посадки и высадки из автомобиля. Привычные двери, становятся, судя по всему, для разработчиков новых моделей табу. Всё большее распространение получают раздвижные двери на соленоидах, а также задние двери, открывающиеся против хода, при отсутствии средних или задних стоек. (Кстати, пионером серийного производства таких кузовов выступила Mazda со своей моделью RX 8). Наиболее яркими примерами тому могут служить показанные в этом году Nissan Foria, созданный по образу и подобию легендарной итальянской Лянчи Фулвии, а также уже упоминавшаяся Mazda Senku. Особого внимания заслуживает Nissan Pivo. Главная его идея – поворачивающаяся на 360 градусов кабина, которая облегчает посадку и высадку в автомобиль, а также делает ненужными развороты машины на узких улочках. Разумеется, такое решение потребовало полного отказа от привычных схем, и управление осуществляется полностью по проводам (By Wire). Необычный концепт прошел испытания на улицах Токио, полностью подтвердив жизнеспособность заложенной в него идеи. Конечно, Nissan не собирается запускать Pivo в серию, но некоторые реализованные в нем решения планируется использовать в серийных автомобилях уже в ближайшее время. С этой точки зрения интересен и коцепт-кар Тойоты под названием Fine-X. У него вся боковая часть, превращена в единую дверь-крыло, поднимающуюся к верху. Любопытно, что сидения поворачиваются на 90 градусов и выдвигаются из салона наружу. Пассажиру или водителю остается только, если можно так выразиться, «плюхнуться» в кресло, остальное берет на себя автоматика. Однако Тойота пошла ещё дальше и разработала концепцию, дающую возможность оставаться так сказать «на колесах» вне автомобиля. Речь идет о Personal Mobility Tool или I-Swing. Это своеобразное средство передвижения транспортирует одного человека, используя при этом в зависимости от скорости и наклона два или три колеса. Пожилые люди могли бы на ездить на нем, например, по пешеходным зонам. Для того, чтобы концепт-кар ни в коем случае не вызывал ассоциаций с современной инвалидной коляской его оформили по-молодежному, снаружи он оснащен большим ЖК-дисплеем, при помощи которого счастливый обладатель I-Swing’a может общаться с себе подобными.

Здесь самое время упомянуть и наиболее смелые концепции, рассчитанные на индивидуальные запросы потребителя. Например, в салоне концепт-кара Honda W.O.W. есть комфортный отсек для собак, оборудованный специальной системой проветривания. Если W.O.W. создан для ублажения четвероногих членов семей, то Suzuki MOM, как следует из названия, предназначен для молодых матерей. Несмотря на скромные размеры, у автомобиля просторный салон, а переднее сидение может складываться, увеличивая пространство для прогулки малыша. Кроме того, в этот раз в Токио были представлены автомобили, рассчитанные на молодых меломанов, такие как концепт от Тойоты под названием bB, стильные машины в стиле пятидесятых годов, например Suzuki LC и Suzuki PX и так далее… Рассказать в одной передаче обо всех концепт-карах представленных на Токио Мотор Шоу попросту не возможно. Однако в наших следующих выпусках мы ещё не раз вернемся к представленным здесь идеям, многие из которых уже достаточно скоро будут реализованы в серийных моделях.

Малый двигатель впечатляет | MIT News

Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность являются недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.

Но теперь стартап из Массачусетского технологического института LiquidPiston разработал роторный ДВС, который, по его словам, значительно меньше, легче и тише, а также на 20 процентов более экономичен, чем ДВС, используемые во многих подобных устройствах с малым объемом двигателя.

«Если вы думаете о ручных инструментах — например, о цепной пиле или кусторезе — примерно через полчаса вы больше не хотите им пользоваться, потому что ваша рука кажется, что он вот-вот упадет», — говорит Александр Школьник, доктор философии. ’10, президент LiquidPiston и соавтор двигателя. «В нашем двигателе совсем нет вибрации, и он намного тише. Это должно быть намного приятнее для пользователей ».

Двигатель LiquidPiston объемом 70 кубических сантиметров, X Mini, выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об / мин; при весе 4 фунта он также примерно на 30 процентов меньше, чем четырехтактные поршневые ДВС с объемом двигателя 50 кубических сантиметров, которые он намерен заменить.По словам Школьника, в полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и ​​весить 3 фунта.

Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), разработанному Школьником и его отцом-физиком Николаем, который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и избыточное расширение для большего извлечения энергии. По словам Школьника, с двумя движущимися частями, ротором и валом, и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель также имеет пониженные характеристики шума, вибрации и резкости.

Первыми приложениями будут портативные газоны и садовая техника, говорит Школьник. Но двигатель можно масштабировать и модифицировать для других приложений, включая мопеды, дроны, судовое силовое оборудование, робототехнику, расширители диапазона и вспомогательные силовые агрегаты для лодок, самолетов и других транспортных средств. Компания также продемонстрировала доказательство концепции для высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений. Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.

«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 270-фунтовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник. «Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 15-фунтовое устройство, это будет для них довольно революционно».

Школьник представил доклад о X2 и X Mini 19 ноября на конференции и выставке по технологиям малых двигателей в Италии в 2014 году.

Обратный двигатель Ванкеля

X Mini — это, по сути, модернизация конструкции и эффективности компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.

В машине Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу. В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.

«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь мы можем выполнить этот новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля» для небольших двигателей, — говорит Школьник.

В двигателе Ванкеля, например, используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что способствует плохой экономии топлива — поскольку пламя не может достичь задних краев камеры и гасится из-за большой площади поверхности камеры. . Камера сгорания X Mini более округлая и толстая, поэтому пламя горит на меньшей площади.

Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два отверстия в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях, — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока давление не исчезнет, ​​что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива. Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.

«Топливо в двигателе сжигается очень долго, — говорит Школьник. «В большинстве двигателей к тому времени, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так намного эффективнее.

Кроме того, на X Mini были перемещены уплотнения верхушки, что привело к снижению расхода масла. У Ванкельса уплотнения вершины соединяются с краями треугольного ротора, где они скользят и перемещаются.Смазка их требует подачи в топливовоздушную смесь большого количества масла, которое горит и протекает, что увеличивает выбросы и расход масла. Однако в X Mini эти уплотнения расположены в корпусе треугольной формы, который остается на месте. «Теперь мы можем подавать крошечные количества масла через стационарный корпус, ровно столько, сколько нужно уплотнению, при этом вы не сжигаете масло и не теряете его в окружающей среде», — говорит Школьник.

«Дорожная карта» LiquidPiston

Интерес к робототехнике и искусственному интеллекту привел Школьника в Массачусетский технологический институт в 2003 году в качестве аспиранта по электротехнике и информатике.В том же году Николай Школьник подал свой первый патент HEHC, а его сын узнал о конкурсе MIT Entrepreneurship Competition стоимостью 50 тысяч долларов (сейчас 100 тысяч долларов) в классе, посвященном техническому предпринимательству. Они объединились со студентами школы менеджмента MIT Sloan School of Management, чтобы создать бизнес-план и представить двигатель HEHC на конкурсе 2004 года, где они забрали домой приз в размере 10 000 долларов США за запуск LiquidPiston.

Сам конкурс оказался полезным для предпринимателей, отцов и сыновей, у которых на тот момент еще не было опыта стартапов.При составлении подробного бизнес-плана и изучении того, как объяснить свои технологии инвесторам, «он действительно показал нам план действий, и мы были вынуждены много обдумывать проблемы, с которыми нам пришлось столкнуться», — говорит Школьник.

В течение следующих шести лет Школьник помогал своему отцу разработать двигатель LiquidPiston из семейного гаража, используя навыки, которые он оттачивал в группе Robot Locomotion при Массачусетском технологическом институте, возглавляемой Расселом Тедрейком, доцентом электротехники и информатики.«Это было много оптимизации, контроля, моделирования и моделирования», — говорит он. «Все те же самые методы применимы к проектированию двигателя».

Школьник приписывает большую часть разработки LiquidPiston расширенному сообществу MIT. Во время розыгрыша 50 тысяч долларов венчурный капиталист Билл Фрезза ’76, SM ’78 был наставником команды; его фирма тогда стала одним из первых инвесторов. Члены команды MIT Sloan Брайан Роуган, MBA ’05, Дженнифер Эндрюс Берк, MBA ’05, и Викрам Сани, MBA ’05, провели исследование рынка, написали бизнес-план, работали над развитием бизнеса и представили компанию инвесторам.

Наставники из Venture Mentoring Service (VMS) Массачусетского технологического института, в том числе покойный Дэйв Сталин, основавший VMS, также руководили развитием LiquidPiston, предлагая советы по разработке продуктов, найму и поиску венчурного капитала. (На данный момент компания заработала более 15 миллионов долларов на финансирование.)

В 2006 году, после анализа десятков итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на производство первого прототипа дизельного двигателя. (Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.

В связи с многочисленными отзывами производителей силового оборудования, призывающими к более легким, тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен за последние шесть месяцев. Компания вызвала интерес со стороны потенциальных клиентов и ведет переговоры с производителями двигателей, заинтересованными в лицензировании технологии X Mini.

«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, — объясняет Школьник, — X Mini может обеспечить совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими двигателями или аккумуляторными технологиями.”

В начале следующего года компания планирует провести конкурс, чтобы узнать у общественности идеи, касающиеся этих новых применений X Mini. «Мы хотим, чтобы творческие соки текли и открылись для более широкого сообщества, чтобы увидеть, есть ли что-нибудь интересное», — говорит Школьник.

Роторно-поршневой двигатель

— Техническая информация

Лаборатория военно-морских исследований, Вашингтон, округ Колумбия

Есть много применений, где двигатель с высокой удельной мощностью либо необходим, либо полезен.Диапазон применений для этого типа двигателей варьируется от портативного силового оборудования до мотоциклов и самолетов — количество применений увеличивается, когда добавляются топливная эффективность, компактность и универсальность. В настоящее время доступно несколько жизнеспособных вариантов для выполнения этих задач, а те, которые доступны, очень неэффективны, когда высокая мощность больше не требуется. Если это требуется в заявке, в качестве типа двигателя был выбран газотурбинный двигатель.

Турбинные двигатели эффективны только тогда, когда требуется высокая мощность (тяжелый подъем / движение и / или высокая скорость), что становится очень расточительным за пределами их расчетной нагрузки.Турбинные двигатели часто неэкономичны из-за их высокой стоимости производства и низкой топливной экономичности. Двигатели внутреннего сгорания намного более экономичны при непиковой производительности, но в настоящее время им не хватает удельной мощности газотурбинных двигателей. В двигателях внутреннего сгорания используется легкодоступное топливо, и они могут применяться во многих областях. Они относительно экономичны в производстве, относительно быстро достигают пиковой мощности на холостом ходу и имеют относительно низкие тепловые и шумовые характеристики.

Существует потребность в двигателе с высокой удельной мощностью, который был бы легким, экономичным, компактным и универсальным.

Настоящее изобретение представляет собой роторно-поршневой двигатель, содержащий по меньшей мере один цилиндр в форме жгутов, образованный внешней стенкой, образованной вокруг внешней периферийной поверхности жгутов, и ротор, образованный вокруг внутренней периферийной поверхности тора. Изобретение включает в себя по меньшей мере один поршень, соединенный с ротором, по меньшей мере, один компрессионный туннель для хранения сжатого газа, впускное отверстие, расположенное через внешнюю стенку для каждого настенного клапана, выпускное отверстие, расположенное через внешнюю стенку для каждого настенного клапана, по меньшей мере один стеновой клапанный механизм, расположенный на внешней стенке, причем каждый стеновой клапанный механизм расположен между впускным и выпускным отверстиями, а также впускной порт и выпускной порт для каждого поршня.Каждое впускное и выпускное отверстие приспособлено для гидравлического сообщения цилиндра с компрессорным туннелем. Ротор соединен с приводным валом, по меньшей мере, с помощью одной спицы и имеет топливный канал и канал для искры между впускным отверстием и соответствующим механизмом настенного клапана.

Роторно-поршневой двигатель сочетает в себе большинство преимуществ двигателя внутреннего сгорания с преимуществами газотурбинного двигателя. Роторно-поршневой двигатель улучшает существующую технологию внутреннего сгорания и турбин, обеспечивая такие же или более высокие характеристики высокого класса, одновременно повышая эффективность во время непиковых операций.

За дополнительной информацией обращайтесь к Аманде Хорански-МакКинни по адресу amanda.mckinney @ nrl.navy.mil; 202-767-5815.

---

Tech Briefs Magazine

Эта статья впервые появилась в сентябрьском выпуске журнала Tech Briefs за сентябрь 2017 года.

Читать статьи в этом выпуске здесь.

Другие статьи из архивов читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Улучшенный роторный двигатель — USC News

Дэвид Б.Виттри со схемой своего двигателя внутреннего сгорания «ножничного действия»: «Эта конструкция двигателя решает проблемы чрезмерного расхода топлива и загрязнения окружающей среды, которые были неотъемлемой частью более раннего роторного двигателя».

Фото — ЭРИК МАНКИН

Роторные двигатели внутреннего сгорания будут работать на более чисто, тихо и эффективно благодаря усовершенствованиям конструкции, недавно запатентованным инженером USC.

Патентное ведомство США выдало патент № 5,433,179 на беспоршневой двигатель, разработанный Дэвидом Б.Виттри, профессор инженерной школы.

Конструкция

Wittry основана на роторном двигателе, известном как двигатель внутреннего сгорания «ножничного действия». Вместо поршня он использует два ротора, каждый из которых оснащен парой лопаток, разнесенных на 180 градусов. Эти толстые лопатки (по две на ротор) подходят друг к другу, образуя форму буквы «X», если смотреть на них на конце.

По мере того, как двигатель проходит свой цикл, роторы поочередно вращаются, по сути, гоняясь друг за другом вокруг цилиндра.Это действие попеременно расширяет и сужает форму «X», как ножницы, лезвия которых попеременно широко раскрываются, а затем почти полностью закрываются.

Лопатки вращаются мимо двух отверстий в стенке цилиндра: топливно-воздушная смесь входит через одно отверстие, а выхлоп выходит через другое. В традиционном поршневом двигателе для открытия или закрытия этих отверстий необходимы клапаны; в роторном двигателе Виттри эту функцию выполняют сами лопатки. u0000

Двигатели с ножничным механизмом были предложены до , но конструкция Виттри обеспечивает лучшую связь, чтобы роторы двигались синхронно, более эффективно охлаждает роторы и повышает эффективность, позволяя горючему топливу, приводящему в действие двигатель, толкать ротор на дополнительное расстояние. каждый раз, когда загорается свеча зажигания.

Традиционные двигатели внутреннего сгорания имеют поршни или роторы, которые перемещаются точно так же далеко на такте сжатия, что подготавливает топливно-воздушную смесь к воспламенению, как они это делают на ходу расширения, когда горячий газ заставляет поршень опускаться или роторы двигаться. .

В двигателе Виттри горящие газы расширяются в объем, больший, чем объем топливно-воздушной смеси, которая ранее была сжата, получая больше работы от сгоревшего топлива. Большее расширение также означает, что выхлопные газы холоднее — большой плюс для любого двигателя внутреннего сгорания.

Виттри сказал, что его улучшенный двигатель столь же эффективен, как дизельный, но намного тише и почти не подвержен вибрации. Более того, простая настройка механизма может позволить одному и тому же двигателю работать на разных видах топлива (например, бензине, сжатом природном газе, метаноле, этаноле, пропане, бутане и даже водороде).

Как и более ранние роторные двигатели, модель Виттри будет намного легче и дешевле в изготовлении, чем поршневые двигатели. Но в отличие от более ранних версий, он не потребляет топливо — благодаря высокоэффективному рабочему ходу с дополнительным расширением.

«Для газонокосилок, цепных пил или подвесных моторов это кажется идеальным», — сказал он. «Он должен быть намного тише, чем двухтактные двигатели, которые сейчас используются для этих применений, и должен производить меньше выбросов из-за своего четырехтактного цикла». Новый двигатель также подходит для снегоходов, гидроциклов, мотоциклов и, возможно, даже автомобилей, добавил он. U0000

Виттри собирает прототип рабочего двигателя , который будет весить 10 фунтов и развивать примерно 3 лошадиные силы.

«Эта конструкция двигателя решает проблемы чрезмерного расхода топлива и загрязнения, которые были неотъемлемой частью более ранней конструкции роторного двигателя, двигателя Ванкеля, используемого в Mazdas», — сказал он.

В Инженерной школе Виттри одновременно работает на факультетах материаловедения и электротехники / электрофизики. На его счету 14 более ранних патентов — в основном в области приборостроения для материаловедения. U0000u0000

LIquidPiston представляет крошечный, но мощный роторный двигатель

Новый тип двигателя впервые продемонстрировал свои качества за пределами лаборатории, и хотя он просто сделал картинг, он вполне мог стать началом чего-то большого.

Двигатель представляет собой роторную конструкцию, бес поршневую установку, которая обеспечивает максимальное отношение мощности к массе. Это плод с лишним лет работы LiquidPiston, стартапа, основанного Алеком Школьником, который имеет докторскую степень. Кандидат компьютерных наук со специализацией в области искусственного интеллекта и моделирования. Сам двигатель основан на технологии сгорания, разработанной его отцом, Николаем, инженером-механиком, получившим советское образование и прошедшим переподготовку в США на физика.

Но нет жидкости и нет поршня: компания переросла название, которое относилось к конструкции, которая использовала и то, и другое для преобразования расширяющегося газа в движущую силу.Теперь, спустя полдюжины итераций, результатом стал цельнометаллический роторный двигатель, который определенно не является Ванкелем вашего отца, знаменитым, гудящим сердцем серии Mazda RX.

«Это нечто вроде ванкеля, вывернутого наизнанку, конструкция, которая решает старые проблемы с герметизацией и расходом топлива», — говорит основатель компании Алек Школьник. «Ванкель имеет треугольный ротор внутри корпуса в форме арахиса; у нас есть ротор в форме арахиса внутри треугольного корпуса. Наши печати идут на вершинах треугольника […] и наши пломбы неподвижны, потому что они в корпусе ».

Уплотнения препятствуют перемещению газа из одной камеры в другую. В ванкеле уплотнения двигаются быстро, что затрудняет их смазку. Вы должны распылять масло в камеру сгорания, зная, что только его часть достигнет уплотнений, а остальная часть уйдет с дымом — проблема как для экономии топлива, так и для выбросов двигателя. Двигатель LiquidPiston лишен этого багажа, но сохраняет внутреннюю механическую простоту роторного двигателя — только ротор и эксцентриковый вал вместе с топливными форсунками, топливными насосами и масляными насосами.

Школьник признает, что его машина еще не готова к 100000-километровому стандарту автомобильной промышленности по долговечности. Но он утверждает, что даже на стадии зарождения он должен найти применение в любой области, где ценится крошечный, экономичный простой двигатель, который обладает большой мощностью при небольшом объеме и массе.

«Мы заменили 40-фунтовый двигатель картинга на наш 4-фунтовый двигатель мощностью от 3 до 5 лошадиных сил», — говорит Школьник. С сегодняшнего дня вы можете купить комплект разработчика.

Двигатель более эффективен, чем двигатель Ванкеля, потому что он имеет более высокую степень сжатия и поскольку изменяющаяся геометрия его внутренних полостей позволяет ему извлекать большую часть энергии выхлопных газов до их выпуска, что называется чрезмерным расширением.

«Toyota использует цикл Аткинсона в своем Prius, и это приводит к чрезмерному расширению — так что это не новость», — говорит он. «Но двигатель Prius слишком большой. Мы получаем сверхрасширение почти бесплатно, просто изменив расположение порта [клапана].Для этого нам не нужны неуклюжие клапанные системы ».

Клапанный механизм — это система с распределительным валом, которая открывает и закрывает клапаны в камере сгорания поршневого двигателя, чтобы впустить топливо и воздух, а выхлопные газы выйти. Вращение этого вала потребляет энергию — на автомобильном жаргоне это «паразитная потеря».

1,5-килограммовая силовая установка

LiquidPiston размером с грейпфрут — идеальный вариант для среднего винтового дрона. Вот почему американские военные заинтересованы в этом: компания получила финансирование от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA).

«Многие люди сразу же пытаются продавать улучшенные двигатели на рынке автомобилей и грузовиков, и я не могу их винить, это рынок стоимостью 300 миллиардов долларов», — говорит Школьник. «Но чтобы воплотить в жизнь новый двигатель в автомобильном мире, требуется не менее семи лет и стоит буквально 500 миллионов долларов — и это для поршневого двигателя, где риск невелик».

Итак, он сначала смотрит на рынки, на которых остро ощущается потребность в очень компактных двигателях — ручные электроинструменты, грузовые дроны для таких компаний, как Amazon и FedEx, и, что самое интересное, расширители запаса хода для автомобилей.

«У нас есть концепция двигателя мощностью 30 киловатт, работающего на дизельном топливе, весом 30 фунтов, в корпусе размером 10 на 8 дюймов», — говорит Школьник. «Это может быть часть электромобиля для массового потребителя, дающего вам привычный запас хода — 300 миль вместо 30 — и быструю дозаправку».

Безусловно, Ванкель также предлагался как расширитель диапазона. И хотя двигатель LiquidPiston может претендовать на то, что он — или может стать — более эффективным и компактным, чем двигатель Ванкеля, эти вещи могут не иметь большого значения, когда машина работает только в вспомогательном режиме.

Радикальные новые конструкции двигателей возникают постоянно, но редко достигают успеха. Помните газовые турбины 1960-х годов? Сверхгорячий и сверхэффективный керамический двигатель 80-х годов? Радикально улучшенный двухтактный двигатель, выхлоп которого будет чище, чем окружающий воздух? Даже Wankel неоднократно терпел неудачу, пока инженеры Mazda не засучили рукава и не сделали ее успех своим приоритетом.

Спасительная изящество LiquidPiston — это постоянно расширяющаяся область применения для двигателей всех типов.Даже если ни одна машина никогда не работает только на одном из ее продуктов, есть множество рыночных ниш, которые он может заполнить: гибриды, дроны, может быть, даже бензопилы.

Примечание редактора: отрывок, касающийся газовых уплотнений, был изменен для ясности.

Изобретатель роторного двигателя Феликс Ванкель родился

Немецкий инженер Феликс Ванкель, изобретатель роторного двигателя, который будет использоваться в гоночных автомобилях, родился 13 августа 1902 года в Ларе, Германия.

Ванкель, как сообщается, придумал основную идею нового типа бензинового двигателя внутреннего сгорания, когда ему было всего 17 лет.В 1924 году Ванкель основал небольшую лабораторию, где он начал исследования и разработку двигателя своей мечты, который мог бы обеспечивать впуск, сжатие, сгорание и выхлоп во время вращения. Свои знания в области поворотных клапанов он принес в свою работу с Немецким институтом авиационных исследований во время Второй мировой войны и в ведущую немецкую мотоциклетную компанию NSU Motorenwerk AG, начиная с 1951 года. Ванкель завершил свою первую конструкцию роторно-поршневого двигателя в 1954 году. , а первый агрегат прошел испытания в 1957 году.

В других двигателях внутреннего сгорания движущиеся поршни выполняли работу по запуску процесса сгорания; в роторном двигателе Ванкеля для этой цели служил вращающийся ротор в форме изогнутого равностороннего треугольника. Меньшее количество движущихся частей позволило создать двигатель с плавной работой, который был легким, компактным, недорогим и требовал меньшего количества ремонтов. После того, как NSU официально объявило о завершении роторного двигателя Ванкеля в конце 1959 года, около 100 компаний по всему миру поспешили предложить партнерские отношения, которые позволят внедрить двигатель в их продукцию.Mazda, японский автопроизводитель, подписала официальный контракт с NSU в июле 1961 года после получения одобрения от правительства Японии.

В попытке поэкспериментировать с роторным двигателем и усовершенствовать его для использования в своих транспортных средствах, Mazda сформировала исследовательский отдел RE (Rotary Engine) в 1963 году. Cosmo Sport, выпущенный Mazda в мае 1967 года, был первым на планете двойным двигателем. роторный роторный двигатель автомобиля. Благодаря футуристическому стилю и превосходным характеристикам Cosmo поразил автолюбителей во всем мире. Mazda начала устанавливать роторные двигатели на свои седаны и купе в 1968 году, и эти автомобили попали в категорию U.S. в 1971 году. После мирового нефтяного кризиса 1973-74 годов Mazda постоянно работала над улучшением своих роторных двигателей для повышения топливной экономичности, и к концу того десятилетия ее спортивные автомобили стали популярными как в Европе, так и в странах Европы. Соединенные Штаты Помимо Mazda, ряд других компаний лицензировали двигатель Ванкеля в 1960-х и 1970-х годах, в том числе Daimler-Benz, Alfa Romeo, Rolls Royce, Porsche, General Motors, Suzuki и Toyota.

Тем временем Ванкель продолжил свою собственную работу с роторно-поршневым двигателем, основав свое собственное исследовательское учреждение в Линдау, Германия, в середине 1970-х годов.В 1986 году он продал институт за 100 миллионов немецких марок (около 41 миллиона долларов) компании Daimler Benz, производителю Mercedes. Ванкель подал новый патент только в 1987 году; в следующем году он умер после продолжительной болезни.

Поворот ротора наизнанку

По мере того, как автопроизводители дополняют поршневой двигатель гибридными системами и улучшенными аксессуарами, независимые изобретатели активно работают над существенным улучшением базовой эффективности двигателя внутреннего сгорания.Новые разработки появляются повсюду на инженерных выставках, а новейшие разрабатываются компанией LiquidPiston в Блумфилде, штат Коннектикут. Его двигатель X1 представляет собой простую машину, состоящую всего из трех движущихся частей и тринадцати основных компонентов, но он нацелен на повышение теплового КПД с 20 процентов обычного газового двигателя до более чем 50 процентов с резким уменьшением веса и размера. Как? За счет меньшего расхода энергии в течение цикла сгорания.

До 80 процентов энергии ископаемого топлива выбрасывается обычными двигателями за счет тепла и давления выхлопных газов или сбрасывается в атмосферу через радиатор.Разработанная LiquidPiston попытка собрать все эти отходы в крошечной упаковке. «Мы расширили кривые производительности во всех направлениях, чтобы добиться гораздо более высокого КПД, — сказал Алек Школьник, президент и генеральный директор LiquidPiston. — Мы взяли лучшие части множества различных тепловых циклов и объединили их». Конструкция теоретически способна обеспечить 75-процентный тепловой КПД, но группа планирует достичь 57 процентов в реальных приложениях, что по-прежнему является огромным скачком.

Основная идея похожа на ротор Ванкеля, но повернут с ног на голову.Если в обычном Ванкеле ротор удерживает уплотнения, то в двигателе X1 эту работу выполняет корпус. Это позволяет значительно снизить расход масла по сравнению с обычным роторным двигателем. Другие усовершенствования включают прямой впрыск, высокую степень сжатия 18: 1 и резкое изменение геометрии камеры сгорания, которая поддерживает постоянный объем во время зажигания. Это изменение означает, что топливно-воздушная смесь автоматически воспламеняется, как дизельное топливо, и может гореть намного дольше, чем обычно. Результатом является более полное сгорание с низким уровнем выбросов и очень высоким давлением в камере.Этому высокому давлению позволяют воздействовать на ротор до тех пор, пока он не достигнет почти атмосферного давления, поэтому почти вся доступная энергия извлекается до того, как выхлоп физически выталкивается наружу. Опять же, это отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания, который выпускает очень энергичные выхлопные газы под высоким давлением.

Некоторые другие отличные особенности: Поскольку двигатель сконструирован так, чтобы преобразовывать гораздо больше тепловой энергии в механическую силу, от блока необходимо отводить меньше тепла, поэтому на самом деле здесь нет системы водяного охлаждения.В случаях, когда двигатель находится под нагрузкой и ему необходимо остыть, он может пропустить процесс впрыска топлива и просто всосать холодный воздух, который затем нагревается блоком и истощается. Другой вариант — впрыснуть воду в камеру сгорания. Это имеет три эффекта: охлаждение двигателя, снижение выбросов NOx и преобразование части воды в пар, что увеличивает мощность.

Компактная конструкция лабораторного двигателя LiquidPiston в настоящее время составляет 80 фунтов для модели мощностью 40 л.с. Компания утверждает, что при производстве он будет весить менее 50 фунтов, что намного меньше, чем сопоставимый дизельный двигатель мощностью 40 л.с., который весит около 400 фунтов.Текущая цель LiquidPiston — продолжить разработку двигателя с прицелом на рынок мощностью менее 100 л.с. — компрессоры, гибридные расширители диапазона, военные приложения, лодочные двигатели — и лицензировать интеллектуальную собственность для клиентов-производителей. Нам нравится видеть таких отважных изобретателей, которые полностью переосмысливают бензиновый двигатель.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Роторные двигатели внутреннего сгорания

Эта статья направлена ​​на то, чтобы внести вклад в изучение одного из древнейших устремлений человечества — преодоления ограничений передвижения: двигаться быстрее и с большей нагрузкой, чем это возможно благодаря собственной силе человека. Изучение двигателей внутреннего сгорания — это исследование, неразрывно связанное с нашими знаниями об окружающей нас среде, но особенно о материи как носителе энергии, о сгорании как фундаментальном процессе высвобождения энергии, содержащейся в материи, и о механических устройствах, которые могут извлекать и преобразовывать в движение энергию, выделяемую при сгорании.В настоящее время в силовых установках исследовательские усилия сосредоточены на альтернативных видах топлива в классических двигателях или на методах, вообще не связанных со сгоранием (т. Е. На электрических силовых установках). Роторные двигатели занимают нишевый сегмент исследований, в котором массовое производство только для автомобильной промышленности было разработано компанией Mazda с двигателями Renesis типа Ванкеля. В этой статье резюмируются исследования двигателей Ванкеля и другие текущие усилия по разработке роторных двигателей внутреннего сгорания для применения в наземных, морских или воздушных силовых установках, приводятся некоторые подробности об их характеристиках, преимуществах и недостатках по сравнению с классическими поршневыми двигателями. внести свой вклад в более широкие темы, такие как эффективность энергосистем на борту мобильных платформ.

• URL записи:
• Наличие:
• Дополнительные примечания:
  • Аннотация использована с разрешения издателя.
• Авторов:
  • Alexandru-Catalin, Munteanu
  • Николае, Бузбучи
  • Ливиу-Константин, Стан
• Дата публикации: 2014

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель

Информация для заполнения

• Регистрационный номер: 01538979
• Тип записи: Публикация
• Файлы: TRIS
• Дата создания: 16 сентября 2014 г.