Компания LiquidPiston получила для финансирования своего проекта средства от DARPA. Проект представляет собой улучшенный мотор внутреннего сгорания роторного типа под названием X1. Во главе компании, работающей в городе Блумфилд штата Коннектикут, стоят инженеры, отец и сын, Николай и Александр Школьники.
Изобретатели заявляют множество уникальных свойств своего изделия. Например, тепловой КПД их мотора равен 50% (по сравнению с 20-30% обычного бензинового ДВС). Правда, если взять дизельный двигатель, добавить в него турбонаддув и промежуточное охлаждение, мы также получим КПД порядка 50%. Но при этом дизельный двигатель будет очень много весить.
Как утверждает Александр Школьник, типичный дизельный генератор на 3 кВт имеет размеры 100х60х60 см и весит более 70 кг. При этом генератор на основе двигателя X1 аналогичной мощности будет весить 15 кг (сам мотор – 4 кг), а размер его будет составлять 30х30 см. Фактически, такой генератор будет умещаться в рюкзаке. Изобретатели постарались взять лучшее от разных тепловых циклов и уменьшить потери энергии двигателя. Теоретический предел КПД нового двигателя – 75%, но пока инженеры трудятся над достижением реального показателя в 57%.
Работа двигателя X1 напоминает процесс работы известного роторного двигателя Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор закреплён на эксцентрическом валу, и содержит в себе каналы для впуска газовой смеси и выпуска отработавших газов. Расположенные по углам равностороннего треугольника свечи отрабатывают по разу за один оборот вала.
Двигатель работает на прямом впрыске и обеспечивает высокую степень сжатия — 18:1. Не меняющийся во время сгорания объём камеры позволяет сжигать топливо дольше и полнее. Отработавшие газы достигают почти атмосферного давления перед выходом, в связи с чем успевают отдать почти всю свою энергию ротору.
Высокая эффективность также позволяет отказаться от водяного охлаждения двигателя. Работая под нагрузкой, двигатель может пропускать циклы зажигания и засасывать воздух, который будет охлаждать его. Рассматривается даже вариант впрыска в камеру сгорания воды, которая будет охлаждать двигатель, уменьшать выбросы отработавших газов и одновременно превращаться в пар, толкающий ротор.
Слева — двигатель Ванкеля, справа — X1
Компактность и мощность двигателя заинтересовали военных, которым требуются портативные энергетические системы. В случае успешного внедрения двигатель найдёт множество применений — переносной электрогенератор, двигатель для беспилотных аппаратов, и многое другое.
Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале "Популярная механика". В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.
habr.com
РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Первый роторный двигатель Ванкеля Оборудованный роторным компрессором мотоцикл NSU поставил новый мировой рекорд в классе мотоциклов с двигателем объемом 500 мл, достигнув скорости 192, 5 км/ч. В 1957 году Ванкель и NSU построили прототип роторного двигателя DKM, с треугольным ротором и рабочей камерой в форме капсулы. Это был первый в мире роторный двигатель. После двигатель подвергся доработкам, и вот, спустя 39 лет с того для, как Феликсу Ванкелю приснился сон, в ноябре 1959 года NSU официально объявила о создании работающего роторного двигателя. За короткое время около 100 компаний во всем мире приобрели лицензии на эту технологию, в том числе и Mazda.
Метки дьявола Президент фирмы Mazda Цунеджи Матсуда сразу же увидел в роторном двигателе огромный потенциал, и начал прямые переговоры с NSU. Результатом переговоров явилось подписание контракта в июле 1961 года. Для изучения новой технологии в Германию была отправлена рабочая группа, которая получила в свое распоряжение прототип двигателя с одним ротором и рабочей камерой объемом 400 мл, а также набор чертежей. Японские инженеры быстро сообразили, что основной проблемой конструкции является неравномерный износ внутренней поверхности рабочей камеры, в результате которого она покрывалась многочисленными поперечными бороздами, что очень быстро приводило двигатель в негодность. В процессе испытаний прототипа, полученного от NSU, Mazda в ноябре 1961 года построила свой собственный прототип роторного двигателя. В апреле 1963 года Mazda образовала Отдел Исследований Роторного Двигателя. Под руководством главы отдела Кеничи Ямамото 47 инженеров принялись за интенсивную работу по четырем направлениям: исследования, технический дизайн, испытания и прикладное изучение свойств материалов. Конечной целью работы было доведение технологии до практического применения – иными словами, массовое производство и применение в серийно выпускаемых автомобилях. Самой тяжелой проблемой было возникновение поперечных борозд, которые возникали на внутренней поверхности рабочей камеры, по которой скользят три вершины ротора, точнее, специальные уплотнительные заглушки на вершинах. Вращение единственного ротора порождало вибрацию, сами заглушки также вибрировали. Работники Отдела Исследований Роторного Двигателя окрестили борозды «метками дьявола» ; они определили, что причиной их появления является абразивный эффект, проявляющийся при вибрации заглушек на вершинах ротора
Ранние прототипы Mazda Motor Corporation всегда верила в огромный потенциал, заложенный в принципе работы роторного двигателя и продолжала работу над двигателями с двумя, тремя и четырьмя роторами. Первый автомобиль с роторным двигателем от Mazda. 30 мая 1967 года начались продажи первого в мире серийного автомобиля, оборудованного роторным двигателем с двумя роторами - Cosmo Sport. На машине был установлен 110 -сильный двигатель. Роторы двигателя были оборудованы новейшими заглушками из пирографита, высокопрочного пластика, сплавленного с алюминием в результате специально разработанного процесса. Эти заглушки были результатом независимой исследовательской работы Mazda, и прошли испытание в течение 1000 часов непрерывной работы. Даже после 100000 км пробега у двигателя наблюдался лишь незначительный износ, а «метки дьявола» полностью отсутствовали. Для впрыска топливной смеси использовалась система с двухстадийным, четырехкамерным карбюратором и впускными отверстиями на боковых поверхностях рабочих камер двигателя. Этим достигалось ровное, стабильное сгорание на любых оборотах. Наличие свечей зажигания обеспечивало стабильную работу при любой температуре и любом режиме работы двигателя, будь то в городских условиях, или на междугородних трассах. Автомобили Cosmo Sport за время испытаний «накрутили» более трех миллионов километров. 
После успеха Cosmo Sport, фирма установила роторный двигатель еще на одном седане, а также одной модели формата купе, чем существенно расширила объемы производства таких машин, а заодно приобрела большое количество новых приверженцев своей продукции. В планах Mazda также значился экспорт автомобилей с роторными двигателями на мировой рынок. В ноябре 1972 года в Японии Mazda начала продажи автомобилей с пониженным уровнем вредных выбросов, оборудованных специальной системой REAPS /Rotary Engine Anti-Pollution System/. В феврале 1973 года роторные двигатели Mazda прошли официальную сертификацию на соответствие новым стандартам в США.
Топливный кризис В ответ на топливный кризис 70 -х, автопроизводители стали разрабатывать новые автомобильные двигатели, потребляющие значительно меньше топлива. Руководство Mazda быстро поняло, что резкое повышение экономичности автомобилей являлось на тот день ключевым фактором выживания жадного до топлива роторного двигателя. Серьезной переработке подверглись термореактор и карбюратор. В течение года удалось снизить потребление топлива на 20 %, а позднее, за счет дальнейших доработок, в частности, добавления теплообменника в выхлопную систему, стало возможным достичь снижения потребления топлива на 40%.
Успех сделал возможным появление спортивного автомобиля Savanna RX-7, запущенного в производство в 1978 году. Выпуском этой модели Mazda доказала всему миру, что роторный двигатель пришел в этот мир всерьез и надолго. Позже, успешная разработка первого в мире каталитического конвертера для роторных двигателей позволила еще раз снизить потребление топлива. Довольно скоро после этого был усовершенствован выпускной коллектор, добавлена новая система зажигания, была разработана и внедрена двухстадийная система фильтрации частиц в составе выхлопных газов. Результатом появления всех этих новых технологий явился новый, еще более экономичный роторный двигатель.
Turbo! Модель Cosmo RE Turbo, продажи которой начались в 1982 году, стала первым в мире автомобилем с роторным двигателем и турбонаддувом. Одно из свойств роторного двигателя заключается в том, что его выхлоп обладает большей энергией, нежели выхлоп обычных поршневых двигателей, так что он как нельзя лучше подходит для установки турбины. Более того, Cosmo RE Turbo стала первой в мире серийной машиной с роторным двигателем и электронным контролем подачи топлива. В то время Cosmo RE Turbo был самым быстрым из всех серийно производимых японских автомобилей. Он как нельзя более ясно демонстрировал все преимущества роторных двигателей. Позже на рынок вышла модель Impact-Turbo, специально разработанная для использования с роторным двигателем. Как и положено новой модели, улучшения управляемости и производительности получили в ней дальнейшее продолжение. Click for larger image Система динамического наддува была разработана в 1983 году для безнаддувного роторного двигателя типа 13 B. Эта система значительно повышает объём поступающего в двигатель воздуха без использования дополнительной турбины или механического устройства наддува, а только лишь за счё т использования некоторых уникальных характеристик двухроторного механизма. Оборудованный 6 -портовой системой подачи топлива и двумя топливными инжекторами на каждую рабочую камеру, роторный двигатель 13 B теперь поставлялся также с системой динамического наддува, которая позволила увеличить его выходную мощность во всём диапазоне оборотов. Эта система была ещё более усовершенствована в 1985 году за счёт изменения конфигурации воздухозаборной камеры.
Twin Scroll Turbo Второе поколение Savanna RX-7 было оборудовано двигателем, оснащенным системой Twin-Scroll Turbo для сокращения задержки реакции двигателя, свойственной всем турбированным двигателям. Суть нового устройства состояла в разделении впускного коллектора турбины надвое, что позволило регулировать объем пропускаемого воздуха. Кроме этого, патрубок, по которому выхлопные газы поступали к турбине, был также разделен на два, и один из них был оснащен клапаном. В такой конфигурации одно простое устройство наддува могло работать почти так же, как турбина с изменяемой геометрией, и сохраняло эффективность в широком диапазоне скоростей. Помимо этого, при такой конфигурации ощутимо сокращается упомянутая задержка реакции двигателя. В 1989 году система Twin-Scroll Turbo была усовершенствована, и одновременно несколько упрощена. Одновременно модернизации подверглись и другие узлы двигателя, благодаря чему удалось повысить крутящий момент на низких оборотах, и мощность в целом.
Двойные топливные инжекторы НАЧИНАЯ С 1983 ГОДА, В КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЯЕМОЙ ПОДАЧИ ТОПЛИВА РОТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ MAZDA БЫЛИ ПРЕДУСМОТРЕНЫ ПО ДВА ИНЖЕКТОРА НА КАЖДУЮ РАБОЧУЮ КАМЕРУ. ДВОЙНЫЕ ИНЖЕКТОРЫ БЫЛИ РАЗРАБОТАНЫ ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ОБЕСПЕЧИТЬ НАИБОЛЕЕ ОПТИМАЛЬНУЮ ПОДАЧУ ТОПЛИВА В МАКСИМАЛЬНО ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ РЕЖИМОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ. ДВУХРОТОРНЫЙ 13 B-REW И ТРЕХРОТОРНЫЙ 20 B-REW БЫЛИ ОСНАЩЕНЫ ИНЖЕКТОРАМИ НОВОГО ТИПА.
Двигатель с тремя роторами В 1990 году в продажу поступила модель Eunos Cosmo, оснащённая новейшим двигателем 20 B-REW с тремя роторами – воплощение всех трудов, исследований и разработок в течение четверти века развития технологии постройки роторных двигателей. Двигатели с двумя роторами по стабильности выдаваемой мощности вплотную приблизились к показателям шестицилиндровых двигателей, а трёхроторный превзошёл восьмицилиндровые, показав параметры, сравнимые с двенадцатицилиндровыми агрегатами. Однако, на пути создания двигателей с большим количеством роторов имелись серьёзные инженерные препятствия, связанные с функционированием этих роторов на одном эксцентриковом вале. В начале разработок роторных двигателей с несколькими роторами Mazda прибегала к использованию единого эксцентрикового вала, так как вопрос сочленения двух отдельных валов был сочтён слишком сложным для массового производства, и оставлен до лучших времён. Однако в конце 1980 -х эту проблему удалось решить посредством применения конусных сочленений. После окончания разработки и построения тестовых образцов двигателей с тремя роторами, они прошли чрезвычайно жёсткие испытания на мощность и надёжность: в частности, автомобили с этими двигателями участвовали в знаменитых 24 -часовых гонках Le Mans
Последовательная двойная турбина /Sequential Twin Turbo Идея технологии Sequential Twin-Turbo, впервые примененной в роторных двигателях в 1990 году, была основана на применении двух установленных последовательно устройств турбонаддува. На малых скоростях работала лишь одна турбина, однако с увеличением нагрузки на двигатель, к ней подключалась вторая. Подобная схема позволила существенно снизить внутреннее сопротивление системы наддува, что привело к дополнительному повышению мощности двигателя. Как уже кратко упоминалось выше, роторные двигатели получают ощутимо большую пользу от системы турбонаддува, так как создают большее давление выхлопных газов, а также имеют менее протяженный и извилистый выпускной коллектор. Для того чтобы получить как можно более полную отдачу от последнего фактора, выпускной коллектор был переработан специально для того, чтобы выхлопные газы проходили как можно меньшее расстояние до попадания в турбину. Эта технология получила название Dynamic Pressure Manifold /коллектор с динамическим давлением/. Сегодня символом автомобиля с роторным двигателем является легендарная Mazda RX-8.
Видео модель ротора
present5.com
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 www.motorpage.ru
