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.
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.
Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель
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.
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.
ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)
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.
В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). 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.
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.
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.
Возврат к списку статей
dolauto.ru
Давайте рассмотрим преимущества роторного двигателя перед обычным атмосферным.
1. Низкий уровень вибраций. Роторный мотор механически полностью уравновешен, это позволяет значительно повысить комфорт мотокаров, юникаров.
2. Главным преимуществом роторного мотора является его динамические характеристики. Двигатель без усилий набирает обороты, частота которых может достигать более 8000 в минуту. Следственно, на низкой передаче можно разогнаться даже до 100 и больше км/ч.
3. Высокая удельная мощность (соотношение мощности к массе автомобиля) причины:- в конструкции роторно-поршневого мотора отсутствуют шатуны, коленчатый вал, масса движущихся частей меньше чем у ДВС;- в течение одного оборота выходного вала, однороторный мотор выдает мощность в трех четвертях. К примеру, одноцилиндровый ДВС выдает мощность лишь в одной четверти полного оборота вала. Так современный роторный двигатель с объемом 1,3 л имеет мощность 220 л.с., а установка турбокомпрессора повышает количество «лошадок» до 350.
4. Меньшие габаритные размеры (в 1,5 – 2 раза).
5. Число деталей на 35 – 40 % меньше.
Недостатки роторных двигателей:
1. Соединение выходного вала с ротором через эксцентриковый механизм, характерно лишь для РПД Ванкеля, оно вызывает высокое давление между трущимися деталями, что в сочетании с большой температурой влечет за собой дополнительный износ мотора. Это стало причиной более частой замене моторного масла. Гораздо чаще нужно проводить капитальные ремонты, которые включают в себя замену уплотнителей. Ресурс роторного двигателя велик, но не своевременная замена масла приведет к большим повреждением вплоть до выхода из строя.
2. Склонность к перегреву. Камера сгорания линзовидная, то есть при маленьком объеме камеры у нее относительно большая площадь.
3. Высокие требования к изготовлению деталей, то есть дороговизна агрегата в целом.
4. На низких оборотах меньшая экономичность топлива по сравнению с мотором внутреннего сгорания.
Не смотря на то, что роторный двигатель имеет превосходные динамические показатели, он не смог прижиться в автопроизводительных компаниях по всему миру. А все из-за небольшого ресурса работы по сравнению с обычным ДВС (некоторые моторы требовали ремонта уже после 50 тыс. км пробега).
automoscowdigest.ru
Роторно-поршневой двигатель в разрезе Ро́торно-поршнево́й дви́гатель (РПД, двигатель Ва́нкеля) - оригинальный двигатель внутреннего сгорания, 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 несколько иной конструкцией роторно-поршневого двигателя.[1]
Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Благодаря этому можно отказаться от применения коленчатого вала, что позволяет при необходимости выполнить вал двигателя полым.
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 отсекает 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.
Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями
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 меньшем объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно компактна и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать например автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.
Трёхмерная модель РПД в динамике. С другой стороны, сопряжение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает повышенное механическое напряжение между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.
В связи с этим возникают повышенные требования к качеству и периодичности замены моторного масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнений. 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 уплотнений. Площадь пятна контакта со стенками камеры очень невелика, а перепад давлений в процессе работы очень высокий. Следствием этого неразрешимого для двигателей Ванкеля противоречия является неизбежный перепуск между отдельными камерами и, как следствие, некоторое падение коэффициента полезного действия и повышение токсичности выхлопа. Проблема быстрого износа уплотнений на высоких оборотах была частично решена применением высоколегированной стали.
При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важную проблему представляет собой меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС, что является закономерным следствием более высокой удельной мощности.
Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь стенок. В процессе сгорания рабочей смеси основные потери энергии приходятся на тепловое излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени от температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. В случае с РПД тепловая 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 такого двигателя часто предусматривают 2 свечи.
Высокие требования к исполнению деталей двигателя с минимальными допусками делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.
Кроме того, в силу объективных особенностей конструкции РПД является существенно более сложно масштабируемой конструкцией, чем обычный поршневой двигатель, для которого добавление или изъятие одного-двух цилиндров не представляет существенной инженерной проблемы. В случае с РПД каждый блок в двух-трёхблочных двигателях представляет собой по сути отдельный двигатель, и требует для реализации сопряжения с соседними таких же инженерных решений, какие применяются при создании спарок обычных поршневых ДВС. Это неизбежно приводит к увеличению потерь, из-за чего РПД редко имеют более четырёх секций. Аналогично, увеличение мощности односекционных РПД ограничивается технологически допустимыми размерами рабочего цилиндра (и, следственно, объема камеры сгорания), на современном уровне развития технологий это порог в пределах 400 л.с..
NSU Ro80. Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. В 1957 году Ванкель и Фройде продемонстрировали на конференции Общества германских инженеров работающий четырехтактный двигатель DKM 54 с поршнем-ротором, снабженным механическими уплотнениями. Этот двигатель бироторной конструкции оказался чрезвычайно сложным (например, свечи зажигания устанавливались в роторе) и ненадежным, но он доказал принципиальную работоспособность всей предложенной концепции. На следующий год фирма NSU продемонстрировала сразу две модели РПД: трехкамерный ККМ 125 (объем каждой из трех рабочих камер 125 см3) и однокамерный ККМ 250 (объем 250 см3), в которых свечи зажигания размещались в неподвижном корпусе (статоре) и были легко доступными для обслуживания.
Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Wankelspider.
Первый массовый (37 204 экземпляра) автомобиль — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Он имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким для того времени аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и т.д.. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который не смогла оценить по достоинству публика середины шестидесятых; 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.
Малоизвестно, что кузов отечественных автомобилей ЗАЗ-966 и ЗАЗ-968 был скопирован с кузова автомашин NSU серии Prince (конкретно ЗАЗ-966 это Prince IV), которые также оснащались РПД и, в отличии от своих советских копий, позиционировались как весьма престижные молодёжные спорткары-купе.
Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.
Вспышка интереса к РПД пришлась на конец пятидесятых-начало семидесятых годов: первой лицензию на производство у NSU приобрела всемирно известная корпорация Curtiss-Wright в 1958 году, а в 1960-1961 годах к ней присоединились крупнейшие германские моторостроительные фирмы Fichtel&Sachs, Daimler-Benz AG, MAN, Friedrich Krupp GmbH, Klockner-Humboldt-Deutz AG и две японские - Yanmar Diesel Co. и Toyo Kogyo Co., а также английская фирма F/Perkins Ltd. В 1965 году лицензии приобрели такие авторитетные компании, как Rolls-Royce, OMC и Porsche KG. Очередь гигантов класса Nissan Motor Co., General Motors Corp., Suzuki Motor Co., Toyota Motor, Ford-Werke AG, Ingersoll-Rand, Mercury Div., Brunswick Corp., Yamaha Motor, Kawasaki Heavy Industries Ltd. и American Motors Corp. пришла в 1970-1973 годах. Всего было заключено около 30 лицензионных соглашений на право производства.
После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля велось только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (Россия)[2].
Двигатель Mazda RENESIS 16X 
Mazda RX-8 Hydrogen RE 
Mazda RX-8 Hydrogen RE Инженерам фирмы Mazda удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками, на двигателе «Renesis» им удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных продуктов сгорания 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, чем традиционный двигатель. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1.6 литра, и бо́льшую мощность, меньше нагревается.
Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании[3] 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.
История отечественных РПД началась в 1961 году, когда Минавтопром и Минсельхозмаш СССР поставили соответствующую задачу перед научно-испытательными институтами - НАМИ, НАТИ и ВНИИмотопромом. Параллельно по линии Минобороны изучением РПД занялся НИИД. В числе создателей отечественных конструкций роторно-поршневого двигателя можно назвать фамилии Чистозвонова, Ханина, Турянского, Зиновьева (НАМИ), Гостева и Бениовича (НАТИ), а также Иваницкого, Карманова и Александрова (ВНИИмотопром).
В период 1961-78 годов в отраслевых НИИ и учебных институтах СССР были проведены исследовательские и опытно-конструкторские работы, которые завершились созданием опытных образцов РПД различного назначения и технологий для их производства.
В 1974 году решением правительства дальнейшие работы по РПД были поручены Волжскому автозаводу, где развертывалось специальное конструкторское бюро (СКБ РПД). Это решение, с одной стороны, придало новый импульс разработке отечественного варианта РПД (начались, в частности, проектные работы по строительству цехов для серийного производства), а с другой - привело к фактической утрате многого из того, что наработали институты, поскольку в качестве прототипа специалисты ВАЗа решили ориентироваться на двигатель фирмы Mazda и опыт его массового производства (т.е. по сути просто скопировать двигатель "Мазды" вместо того, чтобы реализовать отечественные разработки[4]). У истоков СКБ стояли такие специалисты как В.Н. Поляков, Е.А. Башинджагян, А.А. Житков, Б.С. Поспелов и М.А. Коржов. Ныне СКБ РПД ВАЗа возглавляет В.А. Шнякин.
В Научно-техническом центре ВАЗ была создана линейка автомобильных РПД ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526 и авиационных ВАЗ-1187, ВАЗ-1188. Некоторые из них устанавливались на малых сериях спецмашин производства ВАЗ. Кроме того, небольшие серии таких двигателей устанавливались на спецавтомобили других производителей, в частности ЗАЗ-965 и ЛуАЗ-969. К началу 2000-х годов РПД оснащались малые партии автомобилей ВАЗ-2105, ВАЗ-2107, ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, ВАЗ-21099, на ВАЗ-2110 ставились двигатели ВАЗ-415. Для установки на ВАЗ-1111 "Ока" был разработан двигатель ВАЗ-1185.
В 1990 году по заказу МВЗ им. М.Л. Миля в СССР началась разработка авиационного роторного двигателя ВАЗ-430, предназначавшегося для легкого вертолета Ми-34ВАЗ. При этом предполагалось, что доступ к авиационным технологиям позволит быстро создать качественный РПД, но эти надежды не оправдались, причем камнем преткновения стало не только отсутствие государственного финансирования, но и утраченный авиационной промышленностью опыт создания малоразмерных двигателей внутреннего сгорания и соответствующих агрегатов.
Впоследствии на базе автомобильного двигателя для "Оки" был разработан легкий авиационный РПД ВАЗ-1187 мощностью 40 л.с. для дельталетов и его усовершенствованный вариант ВАЗ-1188 (60 л.с.). Был сделан вывод о целесообразности создания авиационных РПД в диапазоне мощности 40-300 л.с., где они конкурентоспособны с классическими поршневыми двигателями. В настоящее время усилия СКБ сосредоточены на разработке авиационного трёхсекционного РПД ВАЗ-426 мощностью до 240 л.с. Об уровне совершенства современных РПД конструкции Волжского СКБ свидетельствует тот факт,что масса двигателя составляет всего 145 кг, а удельный расход топлива при работе на автомобильном бензине на крейсерской мощности не превышает 205 г/л.с. в час.
В настоящее время наиболее перспективной сферой применения РПД в авиации являются БПЛА - разведывательные, метеорологические, а также самолеты-ретрансляторы и даже небольшие транспортные машины. Приемник глобальной навигационной системы (NAVSTAR и пр.) позволяет новейшим БПЛА летать на огромные расстояния, не сбиваясь с курса, а цифровая автоматизированная система взлета/посадки DGPS обеспечивает сохранность груза. Современный БПЛА Hermes 1500 UAV с двумя РПД способен нести 350 кг полезной нагрузки и держаться в воздухе 30 ч, а его летный ресурс достигает 20 000 ч.
РПД СССР/России
Авиационные РПД
itaka.pw
Роторный двигатель это двигатель внутреннего сгорания, в котором четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск, происходит в одной камере, но в разных ее частях, ограниченных ротором сложной формы. Устройство роторного двигателя сильно отличается от устройства более распространенного поршневого двигателя.
История роторного двигателя. Первый роторный двигатель был изобретен в I веке нашей эры. Это сделал Герон Александрийский. Этот великий механик древности отметился многими изобретениями. Его паровую турбину эолипил можно отнести к роторным двигателям.
Нужно сказать, что технология роторных двигателей, до того, как изобрели поршневой двигатель внутреннего сгорания, была достаточно популярна. Шотландский изобретатель Джеймс Уатт, которого историки считают изобретателем поршневой паровой машины, изначально рассматривал ротор, как движущая сила своей конструкции, но не сумел разработать действующую модель такого двигателя.
Наша страна так же не оставалась в стороне от технологии роторного двигателя. Самой удачной моделью парового роторного двигателя считается разработка инженера – механика Тверского. Его двигатель довольно хорошо зарекомендовал себя на речном флоте, его устанавливали на небольшие лодки. Есть сведения, что двигатель Тверского испытывался на первых подводных лодках.
Роторный двигатель современной конструкции ассоциируется с именем Феликса Ванкеля. Будущий известный инженер, подобно Менделееву, увидел конструкцию мотора с движением поршня по кругу во сне. Первые чертежи роторного двигателя Ванкель создал а 1929 году. Но, он их закинул в дальний ящик и стал разрабатывать другие устройства. Нужно сказать, что немец был выдающимся инженером, он разработал концепции малых морских судов, которые обогнали свое время.
Благодаря своей известности в середине 30 годов XX века, Феликс Ванкель смог позволить себе открыть свою лабораторию, где вел как собственные разработки, так и разработки для BMW. Но, благополучная жизнь длилась не долго. Феликс не лестно отозвался об экономической политики нацистской власти, за что получил тюремный срок. Во время войны, Ванкель работал над уплотнениями для торпед, за что после нее опять получил срок за пособничество нацизму. К тому же, французская армия, при наступлении союзников, уничтожила лабораторию Ванкеля и конфисковала его чертежи.
В 1951 году, после того как известного инженера выпустили из тюрьмы он устроился в компанию NSU, которая славилась в то время своими гоночными мотоциклами. Спустя 6 лет работы в компании, Ванкель создал прототип роторного двигателя. Образец представлял собой неподвижный ротор, с вращающимся вокруг него корпусом. Хоть Феликсу не удалось довести такую модель до совершенства, именно ее он считал перспективной. Через два года, в лаборатории NSU совместными усилиями Ванкеля и Фреде удалось создать роторный двигатель с конструкцией современного типа.
Первыми, кто увидел потенциал в роторном двигателе, оказались сотрудники японской компании Mazda. В 1963 году представители японской компании выкупили патент и стали усовершенствовать конструкцию роторного двигателя Ванкеля.
Схема работы роторного двигателяПервый японский автомобиль вышел из цеха Mazda в мае 1967 года. Уже через 3 года количество роторных автомобилей Mazda перевалило за 100 тысяч.
Принцип работы роторного двигателя. В роторном двигателе сложные формы корпуса и ротора создают камеры сгорания топлива. Такие этапы работы двигателя внутреннего сгорания как впуск, сжатие, сгорание и выпуск происходят в одной камере, но в различных ее частях. Давление, создающееся от сгорания смеси топлива и воздуха, в одной из частей камеры, действует на ротор, форма которого напоминает треугольник и он проворачивается, открываю другую камеру в другой части цилиндра.
Система гозораспределения у роторного двигателя отсутствует. Сам ротор работает как газораспределительный механизм.
Виды роторного двигателя. На сегодняшний момент перспективными считают два вида роторного двигателя: роторно-поршневой двигатель и роторно-лопастный двигатель.
Роторно-поршневой двигатель состоит из трехгранного ротора, помещенного в цилиндр сложной формы. Такты сжатия образовываются за счет изменения объема между корпусом и ротором. Такой тип двигателя хорошо себя зарекомендовал. Он способен выдержать большие обороты, но обладает низким ресурсом деталей.
Роторно-лопастный двигатель был разработан в 1973 году советским инженером Михаилом Вигрияновым. Ротор в таком двигателе состоит из двух (в последующих моделях и более) лопастей, которые вращаются в цилиндре более простой формы, чем у роторно-поршневого двигателя. Главная деталь такой разновидности роторного двигателя – синхронизатор, который отвечает за изменение объема между лопастями. Именно проблема разработки сложного синхронизатора тормозит создание опытной модели такого вида роторного двигателя. Правда, в последнее время, появились несколько моделей двигателя Вигриянова собранных энтузиастами.
Плюсы роторных двигателей. У роторных двигателей есть несколько преимуществ по сравнению с поршневыми: малый вес, меньшие габариты, меньший уровень вибрации, высокая мощность и высокая надежность.
Малый вес. Благодаря отсутствию в конструкции роторного двигателя поршней, коленвала и шатунов, его масса значительно выигрывает у массы поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Малые габариты. Роторный двигатель сходной мощностью всегда будет выигрывать у поршневого в габаритах. Малые размеры двигателя облегчают оптимальное расположение трансмиссии, а так же позволяют сэкономить на пространстве для пассажиров и водителя.
Меньший уровень вибрации. Единое направление вращения ротора позволяют уменьшить вибрацию, присущую поршневому двигателю.
Высокая мощность. Благодаря конструкционным особенностям роторного двигателя он может выдавать мощность в течении ¾ каждого оборота вала, в то время как поршневой выдает ее за ¼.
Большая надежность. Из-за меньшего количества подвижных деталей, поршневой двигатель реже выходит из строя. Простой роторный двигатель состоит из 3 деталей, а поршневой из 40.
Минусы роторного двигателя. Главными минусами роторного двигателя считаются большой расход топлива и высокая токсичность выхлопных газов. Современные модели такого вида двигателя улучшили эти показатели, но они пока все равно уступают аналогичным показателям поршневых двигателей.
Кроме того, есть еще несколько критериев, по которым роторный двигатель уступает поршневому: низкий температурный режим снижает мощность, более сложное обеспечение герметичности уплотнений, сильный нагрев 
Роторный двигатель нового покаления Renesisкорпуса и износ уплотнений при высокой температуре.
Роторный двигатель имеет право на существование. Примером тому может послужить автомобили Mazda RX-7 и RX-8 которые уже более 3 десятков лет радуют своих владельцев. Кстати под капотом RX-8 стоит улучшенный вариант роторного двигателя Renesis, в котором решены две главные проблемы двигателей такого вида: токсичность выхлопов и большая прожорливость. Выхлопы двигателя Renesis соответствуют стандарту Euro-IV, а расход топлива сокращен на 40% по сравнению с предыдущими моделями роторного двигателя.
pop-hi-tech.ru
Ноя 4 2014
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.
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.
Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.
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.
Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.
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 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:
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.
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.
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 ¾ оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. ¼ каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).
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.
Роторные двигатели имеют ряд проблем:
webavtocar.ru
Роторный двигатель Мазда (Mazda)
В этой статье мне хотелось бы подробно остановиться на таком интересном устройстве как роторный двигатель. Разбираться в строении будем по принципу «как это работает» в привычном, очень простом и понятном режиме как для начинающих водителей, так и для профессионалов. В центре нашего внимания будет роторный двигатель компании Мазда. Начнем с начала и ответим на вопросы: что такое роторный двигатель, принципы работы роторного двигателя, где используется роторный двигатель?
Не буду вдаваться в историю глубоко и просто скажу, что принцип работы роторного двигателя разработал товарищ Феликс Ванкель в 1957 году. Впоследствии многие организации взялись за разработки принципиально нового роторного двигателя, но встретившись с серьезными сложностями в реализации этого двигателя, многие компании отказались от работы с роторными двигателями. И лишь компания Мазда «вцепилась зубами» за идею воплощения роторного двигателя в своих автомобилях. На сегодняшний день компания Мазда является единственным производителем автомобилей серийного производства с роторными двигателями.
Конструкция роторного двигателя принципиально отличается от конструкции привычного нам ДВС. Основные тяговые элементы и конструкция камеры совсем не похожи на обычный поршневой двигатель. Но есть и много сходств. Например, в роторном двигателе используется тот же принцип сгорания топлива (в основном бензин). Системы подачи топлива и выпуска отработавших газов очень схожи с обычным бензиновым двигателем.
Получается смысл такой же. Так же попадает топливо в цилиндр, так же сжимается, поджигается, горит, расширяется и толкает поршень только деталями другой формы. Зачем тогда компании Мазда вкладывать столько сил, времени и денег в развитие двигателя который не признает не один концерн кроме нее? Ответ кроется в преимуществах роторного двигателя Мазда перед обычным ДВС.
Рисунок 1. Основные части роторного двигателя — ротор на валу и корпус (статор). Ротор неподвижно закреплен на эксцентриковом валу и при вращении описывает форму «капсулы», а не круга, так как насажен на вал не по центру.Фото: Autogurnal.
Не вдаваясь в технические подробности, рассмотрим на схемах принцип работы и увидим все вытекающие преимущества и недостатки роторного двигателя Мазда. Во-первых, нужно полностью забыть конструкцию обычного ДВС, если вы ее себе представляли, если нет, то просто вникаем. Во-вторых, рассмотрим основные части роторного двигателя. Роторный двигатель от того и назван роторным, что в его основе находится вращающийся ротор. Ротор (см. рисунок 1) – основная часть роторного двигателя, от которой передается мощность на сцепление и коробку передач. А если по-простому, ротор – это та часть роторного двигателя, которую толкает сгоревшее топливо, а она уже передает вращение на колеса через трансмиссию (сцепление + коробка передач). Ротор выполнен из легированной стали в форме объемного треугольника, который жестко закреплен на валу. Ротор вращается в полости, она же корпус роторного двигателя (статор), которая выполнена в форме капсулы (см. рисунок 1). В этой полости и происходят все 4 процесса привычные для обычного ДВС – впрыск топлива и воздуха, сжатие этой смеси, воспламенение и толкание ротора, выпуск сгоревших газов.
Теперь рассмотрим, как движется ротор в корпусе и что там происходит. Для начала нужно отметить, что ротор закреплен на валу-эксцентрике. Что это значит? А значит, что ротор не вращается вокруг одной оси, а бегает вокруг нее. На схеме будет понятнее. Принцип работы роторного двигателя заключается в том, что ротор создает вокруг себя полости изолированные друг от друга, в каждой из которых происходит свое действие. Поскольку наш ротор треугольный, полости получается три. Сейчас посмотрим, как ротор проходит один полный цикл. Все начинается с полости всасывания. В ней происходит наполнение камеры кислородом и топливом и их перемешивание. Затем ротор, вращаясь, толкает эту смесь в следующую камеру, одновременно сжимая смесь. Затем сжатая смесь воспламеняется с помощью двух свечей. Смесь расширяется, толкая поршень дальше по кругу. И смесь оказывается уже в следующей полости, где происходит выталкивание остатков от не сгоревшего топлива в выпускную трубу.
Рисунок 2. Полный цикл роторного двигателя. На рисунке представлены все фазы работы роторного двигателя. С каждой стороны ротора одновременно происходит своя фаза в зависимости от того, к какой камере обращена рабочая плоскость ротора. Фото: Autogurnal.
Вот и весь полный цикл работы роторного двигателя Мазда. Но мы рассмотрели, что происходит только с одной стороны ротора, вот в этом и суть. Дело в том, что эти процессы происходят непрерывно сразу с трех сторон ротора. Если проследить за точкой на валу ротора, то получается, что за один оборот в ротором двигателе происходит сразу 3 так называемых такта (всасывание, сжатие, воспламенение). В то время как в обычном ДВС за один оборот двигателя происходит только один из тактов. А если еще учесть то факт, что современные роторные двигатели, которые производит компания Мазда имеют 2 или 3 ротора, то преимущество в производительности такого двигателя по сравнению с обычным ДВС на лицо. Для сравнения, стандартный 2-х роторный двигатель Мазда сравним по производительности с обычным 6-ти цилиндровым двигателем, а 3-х роторный – с 12-ти цилиндровым. Вот мы и ответили на вопрос почему компания Мазда не оставила идею воплощения роторного двигателя в своих автомобилях. Все дело в производительности. Но это не единственное преимущество роторного двигателя Мазда. Вы обратили внимание, что в конструкции присутствует 2 основных элемента, ротор и статор (корпус с полостью) – проще не придумать. По статистике в роторном двигателе используется на 1000 деталей меньше, чем в обычном ДВС. К тому же в роторном двигателе Мазда уровень вибрации намного ниже, чем в обычном ДВС. Этот происходит от того, что в роторном двигателе нет возвратно-поступательных движений поршня, а просто вращение ротора. И ротора как правило 2, так что в добавок еще и они уравновешивают друг друга. Роторные двигатели очень приемистые на маленьких оборотах, это достигается как раз тем моментом, что в двигателе происходит за оборот сразу 3 такта. Да и диапазон оборотов намного выше, чем у простого бензинового двигателя. Роторный двигатель Мазда может без особого напряжения и износа для себя развить скорость 100 км/ч в пределах одной передачи, в диапазоне до 8000 об/мин и более. Нельзя не заметить, что роторный двигатель более компактный и легкий. Это позволяет снизить общую массу автомобиля и выполнить более эффективную «развесовку» агрегатов.
Не все так сказочно на первый взгляд, есть причины, почему другие мировые гиганты не используют эту технологию. Роторный двигатель требует большой точности в своей работе. Полости, которые перекрывает ротор должны быть герметичны друг от друга, сохранять это качество очень сложно. Для этого используются дорогостоящие материалы и обслуживание этого двигателя должно выполняться чаще и профессиональнее. Если не выполнять обслуживание точно в срок то двигатель быстро выходит из строя. Например, если вовремя не поменять масло, то на статоре образуется необратимый износ и двигатель восстановить уже будет сложно и дорого. Стоимость такого двигателя при простоте конструкции не малая из-за использования дорогостоящих материалов. Эти причины возможно и не позволяют другим мировым авто гигантам использовать роторный двигатель в своих серийных автомобилях.
Роторные двигатели для компании Мазда стали уже отличительным символом и пользуются не малой популярностью среди автолюбителей. Поговорим о последних модификациях самых современных роторных двигателей.
Уже на протяжении многих лет символом роторного двигателя является автомобиль Мазда RX8 (Mazda RX8). В 2008 году продажи этого автомобиля в Европе прекратились из-за того, что выбросы двигателя этого автомобиля не соответствовали стандарту Евро 5, а только лишь Евро 4. Да и расход топлива старого ротора был не мал (мог достигать 20 литров на 100 км при определенных режимах езды). Но компания Мазда в очередной раз приготовила сюрприз ее клиентам и создала роторный двигатель нового поколения Renesis 16X. Этот роторный двигатель решил все вопросы, которые волновали европейцев. Во-первых, объем двигателя увеличился до 1,6 литра по сравнению со старым ротором 1,3. Мощность этого двигателя достигает 350 л.с. при 8500 об/мин. Во-вторых, изменениям подверглась система впрыска топлива, теперь впрыск топлива осуществляется непосредственно во всасывающую полость и во впускном коллекторе. Этот момент позволяет наиболее точно скорректировать количество топлива при разных режимах езды. Что позволило существенно увеличить экономию топлива. В-третьих, корпус-статор нового роторного двигателя выполнен из новейшего легкого сплава алюминия.
Компания Мазда подготовила еще один сюрприз для любителей окружающей среды и выпустила двигатель с нулевым выбросом CO2 и минимальным выбросом NO2. Этот роторный двигатель установили на обновленную Мазда RX8 Hydrogen RE. Сюрприз заключается в том, что этот новый роторный двигатель работает не только на бензине, но и на водороде. Эра водородных двигателей уже началась, а роторный двигатель даже не требует изменения конструкции для работы на водороде. Использовать водород на простых двигателях невозможно из-за низкой температуры воспламенения водорода, он без контрольно воспламеняется от сильно нагретых деталей двигателя. Использование водорода в роторных двигателях возможно и удобно, по причине того, что всасывание и воспламенение водорода происходят в разных полостях, что позволяет впрыскивать водород в не нагретый отсек. Этот двигатель может работать как на бензине, так и на водороде, причем переключаться можно на ходу. Запас хода на водороде 100 км, на бензине при 61 литровом баке 541 км. Водородный бак занял весь багажник, что не очень удобно. При работе на водороде образуется только вода. Пока этот автомобиль проходит испытания и только сдается в аренду местному правительству и предприятиям на территории Японии.
Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid — единственный автомобиль в мире, сочетающий водородный роторный двигатель и электрическую гибридную установку. Фото: Mazda.
Но самой последней разработкой компании Мазда стал автомобиль Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid. Этот автомобиль напичкали всем, что изобрели. Он сочетает в себе бензиново-водородный двигатель и гибридной электрической установкой. Эта силовая установка состоит из роторного двигателя, электроконвертера, генератора и электродвигателя. Смысл работы этой установки в том, что роторному двигателю, работающему на бензине или водороде помогает еще и электродвигатель мощностью 110kW. Этот автомобиль так же сдается в аренду на территории Японии местному правительству или частным компаниям для своих нужд. Вот и все что я хотел рассказать вам о роторных двигателях Мазда, надеюсь, все было понятно, о новинках будем следить и рассказывать в следующих статьях.
autogurnal.ru
Как работает роторный двигатель. Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.
Роторный двигатель, как и традиционный поршневой, является двигателем внутреннего сгорания, но работает он совершенно иначе. В поршневом двигателе, в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) попеременно происходят четыре различные работы - впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).
Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном и том же объеме(камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Как будто для каждого цикла используется отдельный цилиндр, а поршень перемещается от одного цилиндра к другому.
В этой статье мы подробно расскажем, как работает роторный двигатель. Давайте начнем с основных принципов его работы.
Принцип работы роторного двигателя.
Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.
В роторном двигателе, давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.
Роторный двигатель Ротор и корпус роторного двигателя от Mazda RX-7: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распредвалы в поршневых двигателях.
Ротор соединен со стенками камеры каждой из трех своих вершин, создавая три отдельных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Цепная реакция всасывает воздух и топливо в рабочую камеру, сжимает смесь, она расширяясь делает полезную работу, затем выхлопные газы выталкиваются, новая порция воздуха и топлива всасывается, и так далее.
Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы познакомится с его устройством, но сначала давайте взглянем на новые модели автомобилей с роторным двигателем.
Mazda RX-8
Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей, использующих роторные двигатели. Спорткар RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport выпуска 1967 года.
Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла. Mazda RX-8, последний спорткар от Mazda, имеет у себя под капотом новейший роторный двигатель под названием RENESIS. Названный лучшим двигателем 2003 года, этот атмосферный двух-роторный двигатель производит около 250 лошадиных сил.
Строение роторного двигателя.
Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, весьма похожие на те, что установлены на поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, потому что вы не увидите ничего знакомого.
Ротор
Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень.Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси.
На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.
Камера
Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным - это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа.
В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:
Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.
Выходной вал
Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.
Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.Теперь давайте посмотрим, как эти части взаимодействуют.
Строение роторного двигателя
Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.
Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.
Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.
Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.
В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.
Мощность роторного двигателя
Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и в обычном поршневом. Но в роторном это происходит совсем по-другому.
Сердце роторного двигателя - это ротор. Он чем-то эквивалентен поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большой округлом лепестке на выходном вале. Этот лепесток смещается от осевой линии вала и действует как заводная ручка на лебедку, давая ротору пространство для поворота выходного вала. Пока ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток внутри жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.
В то время как ротор вращается в корпусе, три отсека внутри изменяют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Давайте пройдем по всем 4 отсекам двигателя.
Подача
Первая фаза начинается тогда, когда вершина ротора находится на уровне отсека подачи. В момент когда камера подачи открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит мимо камеры подачи, объем камеры расширяется и вливает воздух/топливо в основной отсек. Как только ротор проходит камеру подачи, отсек становится полностью изолированным и начинается компрессия.
Компрессия
В то время как ротор продолжает свое движение по основному отсеку, пространство в отсеке становится меньше, смесь из воздуха/топлива сжимается. Как только ротор проходит отсек со свечами зажигания, объем камеры снова сводится к минимуму. В это время происходит возгорание смеси.
Возгорание
Большинство роторных двигателей имеет две свечи зажигания. Камера возгорания достаточно длинная, поэтому одной свечи будет недостаточно. Как только свечи воспламеняет топливно-воздушную смесь, давление в отсеке сильно увеличится, приводя ротор в движение. Давление в камере возгорания продолжает расти, заставляя ротор двигаться, а отсек расти в объеме. Газы от возгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, до того момента, пока ротор не пройдет выхлопной отсек.
Выхлоп
После того, как ротор проходит выхлопной отсек, высокое давление газа сгорания свободно выходит в выхлопную трубу. Так как ротор продолжает движение, камера начинает сжиматься, выдавливая оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К тому времени объем камеры опять падает к минимуму и цикл начинается сначала.
Разница и Проблемы
У роторного двигателя достаточно много различий с обычным поршневым двигателем.
Меньше движущихся частей
Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-ех цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-ех цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.
Мягкость
Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти . Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.
Неспешность
В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.
Проблемы
Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:
Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
Источник: Авто Релиз.ру.autorelease.ru
