Роторный двигатель, устройство, принцип работы, достоинства и недостатки

В этой статье Вы узнаете достоинства и недостатки роторных двигателей. Кроме того рассмотрим автомобили на которые устанавливался роторный двигатель.

Первый кто придумал роторный двигатель внутреннего сгорания это Феликс Ванкель. Именно поэтому нередко этот двигатель ассоциируется с ним и носит его имя. Первый роторный двигатель заработал в уже 1958 году. Но большинство автопроизводителей так и не решились устанавливать роторный двигатель на свои автомобили.

Единственный кто решился на массовое производство автомобилей с роторным двигателем это Mazda. Один из таких автомобилей RX 8. Советские инженеры тоже создали некоторое ограниченное количество автомобилей с роторным двигателем. Но об этом немного позже.

Вероятней всего от роторных двигателей отказались из-за низкого ресурса. Ресурс роторного двигателя в силу конструкции редко превышает 100 тысяч.км.

Устройство

Принцип работы роторного двигателя схож с поршневым двигателем. Также работа двигателя состоит из 4 тактов. Впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Но есть серьезные отличия у роторного двигателя отсутствует ГРМ, поршни, шатуны, коленвал. Так как в них необходимости.

Цилиндр в роторном двигателе выполнен в овальной форме. Роль поршня выполняет ротор который, имеет треугольную форму. Он же выполняет и роль ГРМ так как в зависимости от момента вращения, то открывает впускное окно для подачи воздуха, то закрывает. Также присутствует выпускное окно через которое выводятся выхлопные газы. Топливо в роторном одно секционном двигателе воспламеняется двумя свечами зажигания.

Достоинства

1) Более высокий КПД в районе 40 %. Это происходит за счёт того, что за одно вращение происходит 3 цикла работы.

2) Более простая конструкция за счёт отсутствия многих деталей которые присуще поршневому двигателю.

3) Более лёгкий вес.

4) Роторный двигатель высок оборотистый его можно раскручивать более 10 000 об/мин. Редко какой поршневой двигатель сможет похвастаться такими высокими оборотами.

5) Более мягкая работа и отсутствие вибраций, так как ротор постоянно движется в одном направлении.

К сожалению роторный двигатель не лишён недостатков.

Недостатки

1) Автомобили с роторным двигателем расходуют больше топлива чем его поршневые собратья.

2) Роторный двигатель менее экологичен.

3) Трудоемкий ремонт. Зачастую ротор приходится менять целиком.

4) Низкий ресурс около 100 тыс.км

Некоторые автомобили с роторным двигателем

1) Mazda RX 8

Компания Mazda одна из немногих кто живо занимался усовершенствованием роторного двигателя вплоть до 21 века. Им удалось достичь немалого прогресса. Двигатель с мизерным объемом 1,3 литра выдавал 215 л.с. Был и еще более мощный вариант с 231 л.с таким же объемом. Это харизматичное заднеприводное купе стало представителем автомобилей с роторным двигателем. К сожалению продажи начали падать поэтому в Августе 2011 года производство автомобилей Mazda RX-8 были вынуждены закрыть.

2) Ваз 2109-90

В России был создан образец с роторным двигателем характеристики которого на тот момент были впечатляющими. Этот двигатель устанавливался на полицейские автомобили. Роторный двигатель на ваз 2109 выдавал 140 л.с благодаря этому мотору разгон до 100 км/ч занимал всего 8 секунд, а максимальная скорость составляла 200 км/ч. Из-за высокой стоимости агрегата и его невысокой надежности автомобили не прижились. Были и более мощные образцы, но их ресурс оставлял желать лучшего. Тем не менее этот автомобиль отлично выполнял роль догонялки и мог обогнать любой советский автомобиль, даже многие не спортивные иномарки.

3)Mercedes C111

Mercedes C111 показался публике в Женеве в 1970 году. На этот автомобиль устанавливался трех-секционный роторный двигатель объемом 1,8 литра, который имел 280 л.с. При этом разгон до первой сотни занимал всего 5 сек. Максимальная скорость 275 км/ч.

4)Ваз 21019 Аркан

С виду ваз 21011, но внутри располагался ваз-411 это двух-секционный роторный двигатель который выдавал мощность 120 л.с. Максимальная скорость такого автомобиля была 160 км/ч. На практике скорее всего больше. Несомненно в советское время укрыться от такого автомобиля было не просто.

Итог

Роторный двигатель очень хорош для гонок так как он высок оборотистый и обладает хорошей мощность при этом обладает более легким весом и занимает меньше места под капотом. Для гонок ресурс двигателя не является самым важным показателем. Если увеличить ресурс, экономичность и экологичность роторного двигателя, то он будет устанавливаться на автомобили гораздо чаще.

Mazda вернёт на рынок роторные двигатели в составе гибридов в 2022 году

Взлет и падение роторного двигателя

В 1954 году немецкий инженер Феликс Ванкель разработал то, что, по его мнению, станет следующей революцией в технологии внутреннего сгорания. Самая большая претензия Ванкеля к существующей технологии двигателя заключалась в резкости и вибрациях, которые передавались в кабину. Он решил обойти эту проблему, создав двигатель, в котором было всего две движущиеся части, что сделало его намного меньше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания, и при этом достигнув желаемого уровня усовершенствования.

К несчастью для него, его изобретение все еще было сырым, и именно Ханнс Дитер Пашке, инженер из NSU, значительно переработал его, чтобы сделать его пригодным для использования на дорогах и массового производства. Его улучшенная конструкция двигателя была официально названа «KKM 57P», и она стала образцом для всех машин с роторным двигателем.

Превосходство над мощностью поршня

Основной принцип работы роторного двигателя такой же, как и у его поршневых аналогов, т. е. внутреннее сгорание, но то, как они сжигают воздух и топливо, их отличает. В отличие от поршневого двигателя, в котором используется несколько рядов цилиндров, в котором каждый цилиндр отвечает за сдерживание давления от взрыва, в роторном двигателе давление содержится в овальной камере, которая также действует как корпус двигателя.

Внутри роторного двигателя находится треугольный ротор, который в просторечии называется вращающимся дорито, прикрепленный к эксцентриковому валу, который заменяет поршни. В результате внутри камеры образуется пустота, которая расширяется и сужается в зависимости от положения ротора, и каждая из этих пустот действует как камера сгорания. Вращательное движение сжимает смесь воздуха и топлива, которая расширяет камеру при воспламенении и выбрасывает выхлопные газы через выпускное отверстие.

Но результат такого принципиально другого подхода совершенно очевиден. Во-первых, уровни обработки не имеют себе равных. Некоторые другие ключевые преимущества:

— Низкая вибрация

— Только две движущиеся части обеспечивают меньшие механические потери

— 1/3 размера и веса сопоставимого поршневого двигателя

— Линейный и плавный диапазон мощности

— Может достигать и поддерживать более высокие обороты, чем у сопоставимого поршневого двигателя

В результате каждый автопроизводитель хотел принять участие в действии, и вскоре автопроизводители, такие как Skoda, NSU, Mercedes, Citroen и Chevrolet, придумали свои реализации роторный двигатель. На самом деле, вопреки распространенному мнению, именно Skoda сделала 1000 MB с роторным двигателем в начале 19 века.60-е годы. Это был компактный седан с одним ротором, но ему так и не удалось пройти стадию прототипа.

В 1974 году роторный двигатель также нашел свое применение в массовом производстве мотоциклов, когда немецкая компания Hercules представила W 2000. Помимо Mazda, NSU является единственным автопроизводителем, который смог добиться определенного успеха с роторным двигателем. NSU был немецким производителем автомобилей, который позже стал частью Audi. Они сделали первый серийный автомобиль с роторным двигателем, который получил меткое название Wankel Spider. Затем появился NSU Ro80, семейный седан, разработанный для конкуренции с E-классом и известный своей изысканностью, но эти автомобили страдали от проблем, связанных с верхним уплотнением.

В то время как NSU отказалась от роторного двигателя с концом Ro 80, их «преемник» Audi (тогда называвшийся «Audi NSU Auto Union AG») продолжал экспериментировать, оснастив 25 Audi 100 C2 двухроторным роторным двигателем мощностью 132 кВт. двигатель (на основе двигателя Ro 80) для флотского эксперимента 1977 года, но он так и не приблизился к производству.

Успех Mazda Cosmo

Mazda направила группу инженеров на известный западногерманский автопроизводитель NSU. Там команда обнаружила огромное технологическое препятствие для разработки в виде «следов болтовни».

Чтобы взять на себя сложную задачу адаптации этого революционного и непроверенного нового двигателя, Mazda отправила команду из 47 человек во главе с Кеничи Ямамото, и эта разношерстная команда, в основном состоящая из инфантильных инженеров, приступила к работе над тем, что могло стать силовой агрегат будущего. На первый взгляд все выглядело многообещающе, но внутри Mazda люди думали, что это не более чем дорогостоящий эксперимент, который обречен на провал.

Mazda, как и любой другой производитель, столкнулась с серьезной проблемой — вышеупомянутыми уплотнениями Apex. Рассмотрев все материалы под солнцем, включая лошадиные и коровьи кости, в 1963 инженер предложил идею изменения частотных характеристик апикального уплотнения путем изменения его формы, и команда Mazda быстро разработала поперечно-полое уплотнение с крестообразным отверстием возле вершины уплотнения, и после начальных испытаний результаты выглядел многообещающе, и инженеры Mazda знали, что это их билет к превосходству Ротари.

После успеха этого эксперимента Mazda приступила к разработке своего первого серийного роторного двигателя при поддержке Nippon Carbon Co., Ltd. Новые верхние уплотнения были изготовлены из алюминиево-углеродных композитов, очень передового материала для того времени. .

Первой Mazda с роторным двигателем была Cosmo Sport, премьера которой состоялась еще в 1967 году, автомобиль, который, по противоречивым мнениям, считался более красивой японской производной от E-Type Jag. И сходство поначалу бросается в глаза, и это не случайно, ведь Mazda хотела черпать вдохновение в лучшем, а сам Энцо Феррари описал E-Type как «самый красивый автомобиль из когда-либо созданных». Силуэт E-Type, почти похожий на космический корабль, также отражает суть космической гонки, как ничто другое, включая название «Cosmo Sport».

После почти двух лет интенсивных испытаний серийная версия Mazda Cosmo Sport была готова. Серийный двигатель имел роторы из чугуна, а эксцентриковые валы были из хромомолибденовой стали. Четырехцилиндровый карбюратор Hitachi

был довольно обычным, но он был соединен с нетрадиционными двойными распределителями зажигания и двойными свечами зажигания в камере сгорания, и эта установка была соединена с четырехступенчатой ​​коробкой передач с синхронизатором.

Несмотря на футуристическое название, подвеска Космо была в духе старой школы. Передняя часть получила полностью независимые А-образные рычаги со спиральными пружинами, трубчатые амортизаторы и стабилизатор поперечной устойчивости. Задняя часть получила листовые рессоры и трубу De Dion. Как и в случае с большинством транспортных средств того времени, шасси было из нержавеющей стали, а тормоза не работали. Все эти факторы в совокупности приводят к правильным характеристикам управляемости.

Роторный двигатель объемом менее 1000 см³ производил 109 лошадиных сил и 96 фунт-фут крутящего момента, и, несмотря на то, что эти цифры выглядели слабыми на бумаге, Cosmo был способен разогнаться до 60 миль в час с места всего за 8,2 секунды. После появления Series 2 в 1968 году Cosmo был снят с производства в 1972 году, и Mazda добилась того, на что они надеялись.

Упадок Rotary Power

После Cosmo в 1975 году Mazda представила Cosmo AP/CD, более традиционное применение того же двигателя для массового потребителя. В 1981 была представлена ​​​​серия HB, автомобиль с несколькими двигателями, включая бензиновый и дизельный, а также роторный двигатель. Затем в 1990 году появился Cosmo Eunos, или серия JC, и он стал первым автомобилем с тремя роторами в линейке японского автопроизводителя мощностью 300 лошадиных сил. Затем появился последний хлеб, серия RX, а RX-3, RX-7 и RX-8 стали последними серийными машинами с роторными двигателями.

Модельный ряд RX, особенно RX-7, сделал роторный двигатель иконой поп-культуры. Но линейка Mazda RX, особенно RX-8, была последней из оставшихся, и на это есть веские причины. После первоначального интереса к технологии Rotary Mazda была единственным производителем, который придерживался Rotary, но причина его упадка сводится к соблюдению требований по выбросам. Все роторные двигатели имеют высокий расход топлива, а использование моторного масла для смазки поршней означало, что двигатель также сжигал много масла. Это означало, что он не был таким чистым, как поршневой двигатель, и Mazda просто не могла соответствовать требуемым стандартам выбросов с этим двигателем. Вот список распространенных проблем, с которыми сталкивается Ванкл 9.0003

Роторные двигатели:

— Уплотнения Apex постоянно выходят из строя

— Меньший крутящий момент, чем у сопоставимого поршневого двигателя

— Многороторные двигатели страдают от теплового повреждения между камерами

— Низкий расход топлива

— Высокий расход масла 900 03

Возвращение роторного гибрида

После прекращения производства Mazda RX-8 в 2010 году считалось, что роторный двигатель давно ушел в прошлое. Но новые гибридные и электрифицированные автомобили могут дать роторным двигателям второй шанс. В таких автомобилях, как BMW i3, для увеличения запаса хода используется бензиновый двигатель небольшой мощности, однако эти двигатели не обязательно должны быть такими мощными, поскольку колеса всегда будут приводиться в движение электричеством. В таких случаях легкий и компактный роторный двигатель может пригодиться и сэкономить много места и веса, что имеет первостепенное значение для тяжелых электромобилей. Мы ожидаем увидеть в грядущей Mazda MX-30 EV расширитель запаса хода с роторным двигателем.

Более захватывающая новость, однако, заключается в возможности трехроторного спортивного автомобиля с двигателем Ванкеля от Mazda, настоящего преемника RX-7 и RX-8. Ожидается, что новый спортивный автомобиль с двигателем Rotary будет оснащен какой-то гибридной трансмиссией, но, в отличие от MX-30, в основе этой трансмиссии будет трехроторный двигатель Ванкеля.

Судя по патентным изображениям, новый спортивный автомобиль будет иметь компоновку коробки передач, а платформой для этой трансмиссии может стать грядущая большая архитектура бренда, которая разрабатывалась для новой линейки шестицилиндровых гибридов, что делает его идеальным кандидатом. для трехроторного двигателя.

Эта автомобильная компания производит лучшие роторные двигатели

Роторные двигатели впервые стали широко использоваться во время Первой мировой войны в качестве альтернативы обычным рядным двигателям. Его использовали, потому что они давали решения многих проблем, возникающих при использовании обычных двигателей, и рассматривались как технологические инновации. Однако со временем и уже в 1920-х годах пользователи роторных двигателей обнаружили множество ограничений, и он почти устарел.

В начале роторные двигатели в основном использовались в авиации, но со временем они стали использоваться в некоторых автомобилях и мотоциклах. Они были редки, потому что, как и в случае с авиацией, считалось, что они не стоят некоторых ограничений, которые они налагали на транспортное средство.

Несколько автопроизводителей сделали роторные двигатели для своих автомобилей. Это так и не получило широкого распространения для легковых автомобилей, но это не помешало различным компаниям попробовать свои силы с роторным двигателем.

Из всех производителей автомобилей, производивших роторные двигатели, Mazda, пожалуй, самая известная. Они вложили много ресурсов в массовое производство роторных двигателей и в ходе этого процесса заработали отличную репутацию. Компания использовала эту роторную технологию как способ выжить благодаря инновациям и выделиться среди других автопроизводителей еще до того, как в нее поверили.

СВЯЗАННЫЕ С: Роторный двигатель живет с Mazda RX-10 Vision Renders

Что такое роторный двигатель?

с сайта Mazda.com

Роторный двигатель, о котором говорилось здесь, был задуман и разработан доктором Феликсом Ванкелем в 1960 году. Иногда его называют либо двигателем Ванкеля, либо роторным двигателем Ванкеля. Чтобы двигатель работал так, как задумано, он обрабатывает четыре разных задания. Он обрабатывает впуск, сжатие, сгорание и выхлоп.

В обычном поршневом двигателе эти четыре задания выполняются в одном и том же пространстве. Однако в роторном двигателе эти функции выполняются в разных частях двигателя. Это похоже на наличие отдельного цилиндра для каждой из четырех задач, выполняемых двигателем.

Когда Mazda начала производить роторные двигатели?

с сайта Mazda.com

Mazda впервые применила роторный двигатель с ограниченной мощностью в 1967 году. Он использовался в Cosmo Sport, и это был первый серийно выпускаемый автомобиль с двухроторным двигателем; машина была впервые выставлена ​​в 1963 на Токийском автосалоне. Шло время, и Mazda начала устанавливать роторные двигатели на другие автомобили, они стали известны как двигатель Mazda Wankel. Эти двигатели приобрели репутацию небольших и мощных, но не очень экономичных.

Шли годы, и Mazda все больше доверяла своему роторному двигателю. Фактически, к 1974 году они перестали использовать поршневые двигатели в своих новых автомобилях. Это оказалось ошибкой, потому что произошел сдвиг в отрасли. Теперь к двигателям подходил по трем направлениям; это связано с тем, что Ванкель использовался в основном в спортивных автомобилях. Mazda чуть не разорилась в результате изменений в отрасли.

Поскольку производство Mazda RX-8 было прекращено в 2012 году, Mazda использовала их роторный двигатель только в гоночных автомобилях для SCCA Formula Mazda и Indy Racing League. На это решение отчасти повлиял тот факт, что продажи автомобилей с роторными двигателями с годами неуклонно снижались.

Недостатки роторных двигателей

от Mazdausa.com

Одним из основных недостатков использования роторных двигателей в транспортных средствах является их низкий тепловой КПД из-за длинной камеры сгорания. Это означает, что несгоревшее топливо может попасть в выхлоп.

Еще одна проблема с роторными двигателями заключается в том, что может быть трудно герметизировать ротор из-за неравномерной температуры в камере сгорания. Это происходит из-за того, что сгорание происходит только в одной части двигателя.

Роторные двигатели также потребляют большое количество масла. Не только потому, что они могут быть более вероятными для утечек, но и потому, что масло используется для обеспечения герметичности ротора, а неравномерность температуры от сгорания может привести к тому, что в какой-то момент будет использоваться больше масла, чем в другие.

Как упоминалось ранее, выбросы и низкая топливная экономичность также являются основными проблемами роторного двигателя. Многие люди считают, что это главная причина, по которой сегодня роторные двигатели используются только в гоночных автомобилях. Плохая экономия топлива напрямую влияет на водителей, потому что это означало, что им приходилось тратить больше на бензин, чем на обычном двигателе.

СВЯЗАННЫЕ: Mazda Furai: Роторная концепция Ле-Мана «Top Gear» сожжена

Будущее роторного двигателя

от Mazda.com

Mazda сохраняет свою приверженность роторному двигателю с тех пор, как RX-8 был снят с производства в 2012 году. В течение многих лет они говорили о будущем своего роторного двигателя и даже демонстрировали прототипы. Наиболее примечательным был 2013 год, когда они показали Mazda2 RE с поворотной системой увеличения запаса хода.

Затем, в 2021 году, Mazda объявила, что подключаемый гибрид MX-30 будет оснащен новым роторным двигателем. Этот новый двигатель будет использоваться для подзарядки аккумулятора, и цель состоит в том, чтобы выпустить этот автомобиль в 2022 году.