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

Содержание

особенности, преимущества и недостатки моторов

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

История создания роторного двигателя

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

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

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


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

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

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

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.

РПД в СССР

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


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

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

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

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


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

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

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (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.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

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

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

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

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

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

Недостатки

  • Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции.

    Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

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

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

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

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

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


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

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Роторный двигатель. Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Феликс Ванкель и роторный двигатель

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).

NSU Spider

По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.

NSU Ro-80

В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.

Mazda RX-8

Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня.

Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.

Роторный двигатель

В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

роторный двигатель Мазда RX-8

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

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

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

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

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя. Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

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

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

Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.

Mazda RX-8

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

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

Строение роторного двигателя

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

Ротор

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

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

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

Корпус (статор)

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

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

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск

Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт - с дросселем.

Выходной вал

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

Сбор роторного двигателя

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

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

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта) Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

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

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

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

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

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

Впуск

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

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

Сжатие

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

Рабочий такт

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

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

Выпуск

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

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

Различия и проблемы

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

Меньше движущихся деталей

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

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

Плавная работа

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

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

Медленная работа

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

Проблемы

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

Устройство роторного двигателя

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

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

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

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

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

Конструкция

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

Ротор

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

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

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

Устройство двигателя

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

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

Такты двигателя

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

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

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

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

Достоинства и недостатки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство автомобиля.

Роторно-поршневой двигатель. Конец истории?

Автомобили с роторно-поршневыми двигателями впору заносить в Красную книгу: в 2011 году закончился выпуск последней в этом ряду модели Mazda RX-8. А ведь полвека назад за подобными моторами видели будущее – большая литровая мощность, высокие обороты, компактные размеры… Что же пошло не так?

Заглянув под капот роторного автомобиля впервые, недоумеваешь: а мотор-то где? Сквозь дебри навесных агрегатов виднеется лишь непонятный цилиндр. По своей конструкции роторно-поршневой двигатель (РПД) и вправду кардинально отличается от привычных нам поршневых моторов, хотя в обоих случаях осуществляется один и тот же четырехтактный цикл – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Разница лишь в том, что у роторного двигателя нет ни поршней с шатунами, ни системы газораспределения. Вместо них – треугольный ротор, совершающий сложное планетарное движение.

Плюсы и минусы

Вращаясь одновременно вокруг собственной оси и вокруг центральной шестерни, ротор своими вершинами описывает хитрую поверхность корпуса, образуя три отдельные камеры сгорания. Объем каждой из них, ограниченный корпусом и гранью ротора, за один оборот меняется от максимального к минимальному четыре раза, позволяя реализовать четырехтактный цикл. Функции же газораспределения осуществляются путем перекрывания впускных и выпускных окон самим ротором – подобно двухтактным поршневым моторам. И никаких распредвалов, клапанов и цепей! Отсюда и поразительная компактность роторных агрегатов: при сопоставимой мощности они оказываются примерно вдвое короче и настолько же легче поршневых, упрощая задачу компоновки автомобиля.

Не доставляют проблем и вибрации – единственная центробежная сила уравновешивается двумя противовесами на валу. Вспышки, правда, происходят не часто: поскольку выходной вал вращается в три раза быстрее ротора, то одному обороту вала соответствует одна вспышка или один рабочий ход, что эквивалентно двухцилиндровому поршневому двигателю. Но двухсекционные РПД, то есть фактически сдвоенные моторы, работающие на общий вал, имеют уже две вспышки на оборот, как четырехцилиндровый двигатель. При этом пульсации крутящего момента оказываются даже меньше, поскольку рабочий ход у РПД длится в течение 270° поворота вала против 180° у поршневого. В результате по плавности работы двухсекционный мотор близок к рядной «шестерке».

А вот с мощностью все уже не так однозначно. Конструкция РПД позволяет добиться отличного наполнения камер сгорания: на торцевой или боковой поверхности можно разместить сразу несколько впускных окон, снижая общее сопротивление впускного тракта – в моторе Mazda RX-8 таких окон аж пять штук на секцию! Причем открываются они очень быстро, что способствует проявлению эффекта динамического напора, дополнительно улучшающего наполнение на определенных оборотах.

Две стороны медали

Роторные двигатели часто нахваливают за хорошую за оборотистость – та же Mazda RX-8 способна загонять стрелку тахометра к 9000 об/мин. Однако мало кто вспоминает, что с такой скоростью вращается лишь выходной вал, а сам ротор крутится в три раза медленнее – всего 3000 об/мин. В поршневом же двигателе на каждый оборот коленвала приходится движение поршней вверх-вниз, а потому даже привычные 6000–7000 об/мин оказываются гораздо большим достижением, нежели 9000 об/мин роторного мотора.

Однако сам процесс сгорания протекает крайне плохо. Сильно вытянутая серповидная камера обладает значительными потерями тепла и не обеспечивает полного сгорания топлива по краям. Частично улучшить воспламенение помогает установка двух свечей зажигания, но за это приходится расплачиваться повышенным прорывом газов в соседнюю камеру в момент пересечения торцом ротора свечных отверстий. Иными словами, роторный мотор способен втянуть большое количество топливно-воздушной смеси, но эффективно извлечь из нее полезную энергию не может.

Одни головоломки

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

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

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

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

Автора!

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

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

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

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

Автор
Олег Карелов, эксперт по подбору автомобилей AutoTechnic.su
Издание
Автопанорама №4 2015

Проходной роторно-поршневой двигатель - Энергетика и промышленность России - № 08 (124) апрель 2009 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 08 (124) апрель 2009 года

Однако бурный рост потребления таких мощностей требует высокого качества преобразователей энергии, поскольку их работа связана с нагрузкой на окружающую среду.

Поршневые ДВС сейчас уже не справляются с требованиями, которые предъявляются к тепловым преобразователям индивидуального пользования. В поисках подходящей им замены изобретатели все чаще обращаются к роторным машинам. Но пока из всех автомобильных фирм только «Мазда» решилась поставить на поток роторный двигатель Ванкеля.

По массогабаритным показателям такой двигатель значительно превосходит поршневые двигатели, имеет меньше деталей. Однако его широкое использование сдерживается рядом существенных причин. К главным из них можно отнести малый ресурс работы двигателя, которого хватает от силы на 100 000 километров пробега.

В то же время основные технические характеристики роторного варианта теплового преобразователя близки к характеристикам газотурбинной техники и при этом обладают экономичностью поршневого двигателя.

Это заставляет изобретателей искать варианты, в которых будут совмещены преимущества различных систем.

Как известно, роторно-порш­невой двигатель Ванкеля состоит из корпуса, в котором вершины треугольного ротора совершают эпитрохоидную траекторию, обеспечивая необходимые замкнутые полости переменного объема для сжатия рабочего тела, системы подвода тепловой энергии и механизма преобразования последней в энергию вращающегося вала.

Анализируя работу двигателя Ванкеля, можно заметить, что вершины треугольного ротора совершают свою траекторию под воздействием линии эпитрохоиды корпуса – в отличие от ДВС, где смену направления движения поршня определяет коленчатый вал.

Массивный же ротор, имея большую скорость, оказывает значительное сопротивление на сложных поворотах линии эпитрохоиды и, несмотря на обильную смазку, быстро изнашивает трущиеся детали двигателя. Помимо этого, вершины ротора, имеющие малую контактную поверхность, скользят под разными углами по трущейся поверхности корпуса, что ведет к еще большей скорости разрушения уплотнений.

Однако, к сожалению, линия эпитрохоиды совместно с эксцентриковым механизмом является конструктивной особенностью роторного поршневого двигателя Ванкеля, и на сегодняшний день схема Ванкеля лучшее решение для роторно-поршневого двигателя, несмотря на невысокий ресурс. Приходится признать, что дальнейшее улучшение характеристик двигателя Ванкеля может быть осуществлено лишь с помощью применения еще более дорогостоящих материалов – при незначительной эффективности самого двигателя.

Но есть и другое решение проблемы создания замкнутых полостей переменного объема, в полной мере использующее все преимущества роторно-поршневого механизма.

Оно осуществляется путем установки плотной разделительной стенки в радиальной плоскости цилиндрического корпуса. Стенка откроется в нужный момент и пропустит рабочую часть ротора в точку начала оборота.

В этом случае ротор жестко связан с выходным валом, определяющим траекторию движения ротора без возвратно поступательной составляющей. Трение вращающегося ротора по цилиндрическому корпусу позволит создать большую площадь контакта трущихся поверхностей с неизменным углом касания. В итоге трущиеся поверхности не испытывают паразитного давления; параллельно с этим значительно улучшается уплотнение за счет увеличения поверхности контакта и снижается вибрация двигателя.

Здесь единственным относительно сложным узлом двигателя, который требует технической проработки и испытания, является уплотнительная стенка, пропускающая зуб ротора после завершения цикла.

Реализовать ее можно, установив на пути ротора дополнительный синхронно вращающийся цилиндр, охваченный корпусом. Он работает как вращающаяся часть подшипника скольжения, имеющего паз, который, развернувшись, пропускает зуб ротора словно через турникет.

Работа пропускного цилиндра при совершении рабочего хода заключается только в создании надежных уплотнений между камерами – в двух направлениях цилиндра. Одно проходит по линии скольжения цилиндра в корпусе с характеристиками подшипника скольжения – и здесь уплотнительная способность цилиндра сомнений не вызывает.

На втором направлении уплотнения цилиндр катится по поверхности малого радиуса ротора. Это наиболее сложный участок уплотнения с характеристиками, подобными роликовому или игольчатому подшипнику, который и является основой работы над пропускным РПД.

Автору представляется, что, с технической точки зрения, на пути к созданию перспективного роторного двигателя, свободного от недостатков РПД Ванкеля, стоит лишь вопрос уплотнения между катящимися цилиндрами. Переход же зуба через паз цилиндра происходит в технологическое время при отсутствии давления между камерами. Схема боковых уплотнений успешно решается в РПД Ванкеля, и ее можно позаимствовать.

Вторым отличием проходного РПД является компоновка функциональных узлов по схеме газотурбинного двигателя.

Выделение компрессора камеры сгорания и преобразователя в отдельные конструктивные узлы может значительно улучшить экологические показатели выхлопных газов, поскольку топливо будет сгорать в специально приспособленной камере, где легко можно поддерживать расход температуры и давление рабочего тела. Учитывая разные условия работы компрессора и преобразователя, появится возможность оптимизации узлов под конкретную задачу сжатия воздуха или преобразования энергии полученного горячего газа.

Какие бывают двигатели и что они едят

На сегодняшний день наиболее распространённым двигателем является поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, или Отто-мотор. Он установлен на большинстве автомобилей в мире. Это легкий, дешевый, тихий и хорошо изученный двигатель. Однако человечество постоянно пытается придумать ему альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела – топлива. И иногда у инженеров получаются весьма занятные экземпляры.

Гибридный двигатель на сжатом воздухе

В 2013 году французский концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Однако они были далеко не первыми. Motor Development International на Женевском автосалоне 2009 года представили пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. В 2011 году японцы провели тест-драйв концепт-кара Toyota Ku Rin, который проехал 3,2 км на одном «заряде» сжатого воздуха. А в 2012 году Tata Motors представила трехместный и трехколесный автомобиль Tata AIRPod.

В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы (например, Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Помимо установки со сжатым воздухом, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который бы играл роль насоса и вспомогательного мотора.

В городе машина с Hybrid Air может до 80% времени ехать только на воздухе, не загрязняя атмосферу. Топливная экономичность варьируется от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании двигателя внутреннего сгорания соответственно. В компании планировали ставить систему Hybrid Air начиная с 2016 года, но – не сложилось.

Водородные топливные элементы

Существует три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный двигатель внутреннего сгорания, другие – газотурбинные, третьи – агрегаты, использующие химическую реакцию водорода.

Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился в 1806 году, водород в нем использовался как обычный бензин. Однако использовать такие оригинальные двигатели накладно. В газотурбинных двигателях газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива можно использовать практически любое горючее.

Но самые интересные из водородных силовых установок – «химические». Концерны BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе последнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баков, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.), а пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.

Дизельный двигатель

Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент на свой двигатель. Принципиальным отличием его двигателя от Отто-мотора было то, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом. Удивительно, но первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Кроме того, первоначально в качестве идеального топлива он предлагал использовать каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.

Кстати, в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» – агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Наша конструкция оказалась более совершенной и перспективной. Но под давлением владельцев лицензий Дизеля все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.

Роторный двигатель

Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный. С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. В 19 веке стали активно использовать роторные паровые двигатели.

В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Через 7 лет этот движок установили на спорткар NSU Spider, который стал первым серийником с роторно-поршневой двигатель. Такой двигатель лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных двигателей крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.

Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. В итоге в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.

По материалам портала «Популярная механика»

Что такое роторные двигатели и в каких автомобилях они есть?

Роторные двигатели могут звучать как что-то из ушедшей эпохи, и это потому, что в целом так оно и есть. Когда-то считавшиеся самыми эффективными и элегантными двигателями, они были заменены поршневыми двигателями несколько десятилетий назад, главным образом по экономическим и экологическим причинам. Но с новостями о том, что Mazda разрабатывает новый роторный двигатель для своих гибридных моделей, может ли этот тип двигателя вернуться?

Чтобы выяснить это, мы подробно рассмотрим роторные двигатели, включая то, как они работают, каковы их преимущества и какие автомобили работают с этим типом двигателей.Используйте приведенные ниже ссылки для навигации по руководству.

Быстрые ссылки

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель - это тип двигателя внутреннего сгорания, который используется для питания всех видов транспортных средств, от легковых и грузовых автомобилей до лодок и самолетов. Роторные двигатели существуют уже несколько десятилетий и были одним из наиболее широко используемых типов двигателей примерно до 1920-х годов.

Так же, как и обычный поршневой двигатель, роторные двигатели выполняют четыре функции для привода транспортного средства: впуск, сжатие, сгорание и выпуск.Однако они работают совершенно иначе, чем стандартные движки, к которым мы привыкли.

Итак, как же работают роторные двигатели? Вот пошаговый взгляд на то, как выглядит цикл сгорания в роторном двигателе:

  • Впуск - как и в стандартном поршневом двигателе, воздух втягивается в двигатель через впускной клапан, прежде чем попасть в салон. камера через впускной канал.
  • Компрессия - ротор треугольной формы внутри камеры создает три газонепроницаемых уплотнения; они эффективно выполняют ту же работу, что и поршни в обычном двигателе.Когда ротор вращается, его уникальная форма означает, что эти три объема газа расширяются и сжимаются, втягивая в систему больше воздуха и топлива.
  • Горение - при пике давления внутри каждой из трех газовых камер происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, производящей мощность, которая передается на трансмиссию через выходной вал.
  • Выхлоп - выхлопное отверстие в корпусе двигателя отводит газы, где они выходят через стандартную выхлопную трубу.

Как и в стандартном поршневом двигателе, температура роторных двигателей поддерживается системой охлаждения с проходами для охлаждающей жидкости, выстилающими внешнюю оболочку картера сгорания.Масло также циркулирует по аналогичным каналам, смазывая движущиеся части ротора, выходного вала и клапанов.

Компоненты роторного двигателя

Роторные двигатели могут показаться сложными, но на самом деле они не имеют такого количества движущихся частей и компонентов, как поршневой двигатель. Ниже мы рассмотрим основные компоненты роторного двигателя, чтобы вы лучше поняли, как все работает.

Ротор

Ротор представляет собой трехсторонний компонент с вогнутыми сторонами, которые обеспечивают газонепроницаемое уплотнение при нажатии на боковую часть корпуса.На каждой стороне ротора есть впускное отверстие или карман, который позволяет большему объему газа внутри корпуса, эффективно увеличивая скорость перемещения двигателя.

Ротор вращается на паре шестерен, прикрепленных к валу в центре корпуса. Эти шестерни позволяют ему вращаться таким образом, что край каждой стороны ротора всегда находится в контакте с корпусом, сохраняя три отдельных кармана сгорания. Думайте об этом как о спирографе с ротором, вращающимся с небольшим смещением.

Корпус

Корпус является основным корпусом роторного двигателя. Его овальная форма предназначена для максимального увеличения рабочего объема двигателя, позволяя ротору вращаться так, чтобы его края находились в постоянном контакте с внутренней стенкой корпуса.

Когда ротор вращается внутри корпуса, каждый из газовых карманов проходит через четыре части цикла сгорания: от впуска до сжатия, от сгорания до выпуска. Свечи зажигания и топливные форсунки вставляются непосредственно через стенку корпуса, а внешние каналы пропускают масло и охлаждающую жидкость через систему, сохраняя ее целостность и температуру.

Выходной вал

Выходной вал передает энергию, генерируемую сжатием и сгоранием, трансмиссии, передавая мощность на колеса. Сам вал снабжен круглыми выступами, которые контактируют с ротором, заставляя вал вращаться.

Есть ли преимущества роторных двигателей в автомобилях?

Роторные двигатели встречаются редко, большинство производителей автомобилей используют обычные поршневые двигатели с 1920-х годов. Это потому, что они считаются менее экономичными, чем их поршневые аналоги, в основном потому, что они предлагают более низкий термодинамический КПД из-за размера камеры сгорания и низкой степени сжатия.

Однако роторный двигатель предлагает некоторые преимущества по сравнению с поршневым двигателем, в том числе:

  • Плавный и тихий - роторный двигатель работает более плавно, чем движение поршней, что приводит к более тихой и точной работе. почувствовать себя на дороге. Противовесы на внешней стороне поворотного корпуса предназначены для гашения вибрации и обеспечения плавной работы.
  • Меньше движущихся частей - роторные двигатели имеют меньше движущихся частей, чем обычные двигатели.Это не только повышает надежность, но и делает техническое обслуживание более доступным в долгосрочной перспективе.
  • Более медленное внутреннее движение - поршневые двигатели требуют быстрого и интенсивного движения вверх и вниз для создания необходимой степени сжатия для привода автомобиля. Это означает, что их внутренние части подвергаются чрезмерной нагрузке, что может привести к преждевременной деградации без регулярного обслуживания. Роторные двигатели работают медленнее, с одним движением в одном направлении, что означает, что их части испытывают меньшую нагрузку, и это улучшает долгосрочную надежность.

Какие автомобили имеют роторный двигатель?

Очень немногие современные автомобили имеют роторный двигатель. Из-за недостатков, связанных с их экономичностью, а также относительной дороговизной их производства, большинство автопроизводителей придерживаются поршневых двигателей. Но не каждый из них.

Японский автомобильный бренд Mazda экспериментирует с роторными двигателями с 1960-х годов. Его первым успехом стало Cosmo Coupé 1967 года, которое прославилось своим эффективным и сверхгладким роторным двигателем.С тех пор было разработано несколько других моделей с роторным двигателем, включая RX-7, RX-8 и роторную версию Mazda 2, выпущенную еще в 2013 году.

А теперь Mazda объявила о планах построить Совершенно новый роторный двигатель, который будет использоваться вместе с электродвигателем в качестве расширителя диапазона его гибридно-электрических транспортных средств. Бренд считает, что роторный агрегат идеально подходит для гибридного автомобиля, обеспечивая надежную работу с гораздо большим совершенством, чем стандартный поршневой двигатель.

Не только это, но и роторные двигатели, как считается, очень хорошо работают с топливом следующего поколения, особенно с водородом. Более длительный период впуска воздуха, предлагаемый роторным двигателем, очень эффективен при смешивании воздуха и топлива, поэтому можно впрыскивать большее количество водорода для правильного топливно-воздушного смешения, повышая эффективность и производительность.

Благодаря новым инновациям Mazda, возможно, последуют и другие марки автомобилей, которые помогут выполнить нормативные требования по выбросам. Ожидается, что роторный двигатель получит новый облик 21 века.

Мы надеемся, что вам понравилась эта статья, в которой подробно рассказывается о роторных двигателях. Хотели бы вы, чтобы на дорогах было больше автомобилей с роторными двигателями? Присоединяйтесь к разговору в Redex Club и дайте нам знать. Или же, чтобы узнать о наших инновационных топливных присадках и очистителях системы, посетите домашнюю страницу сегодня .

Роторный двигатель | Britannica

Роторный двигатель , двигатель внутреннего сгорания, в котором камеры сгорания и цилиндры вращаются вместе с ведомым валом вокруг неподвижного управляющего вала, к которому прикреплены поршни; давление газа сгорания используется для вращения вала.Некоторые из этих двигателей имеют поршни, которые скользят в тороидальных цилиндрах (в форме пончика); другие имеют одно- и многолепестковые роторы. Ранние роторные двигатели использовались в самолетах Первой мировой войны. Они имели воздушное охлаждение, с цилиндрами, расположенными по кругу вокруг коленчатого вала, жестко прикрепленного к фюзеляжу. Винт крепился непосредственно к круглой раме, на которой устанавливались вращающиеся цилиндры. Различные недостатки этих двигателей привели к тому, что после войны от них отказались.

Подробнее по этой теме

Бензиновый двигатель

: Роторные двигатели (Ванкеля)

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, разработанный в Германии, кардинально отличается по конструкции от обычного поршневого поршневого двигателя...

После Второй мировой войны интерес к разработке нового типа роторного двигателя пробудился. Ванкель является наиболее развитым и широко используемым роторным двигателем. В двигателе Ванкеля ротор в форме равностороннего треугольника вращается с орбитальным движением в корпусе специальной формы и образует вращающиеся камеры сгорания в форме полумесяца между его сторонами и изогнутой стенкой корпуса. Три вершины ротора снабжены подпружиненными уплотнительными пластинами, которые поддерживают непрерывный скользящий контакт с вогнутой внутренней поверхностью корпуса, а камеры сгорания последовательно увеличиваются и уменьшаются в размере по мере вращения ротора.Топливный заряд из карбюратора поступает в камеру через впускной канал, сжимается, поскольку размер камеры уменьшается из-за вращения ротора, и в соответствующее время воспламеняется свечой зажигания.

Двигатель Ванкеля был впервые испытан для использования в автомобилях в 1956 году. С тех пор он стал использоваться для таких промышленных применений, как приводные воздушные компрессоры, где необходимы небольшие, легкие, высокоскоростные двигатели с простотой механики. См. Также бензиновый двигатель .

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это делается совершенно по-другому.

Этот контент несовместим с этим устройством.

Если вы посмотрите внимательно, вы увидите, что лепесток смещения на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.

Сердце роторного двигателя - это ротор.Это примерно эквивалент поршня в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом выступе выходного вала. Этот выступ смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка кривошипа лебедки, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток по узким кругам, поворачивая три раза на за каждый оборот ротора.

По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, меняют размер.Это изменение размера вызывает перекачивающее действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

Впуск

Фаза впуска цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В момент, когда впускное отверстие выходит в камеру, объем этой камеры близок к своему минимуму. Когда ротор движется мимо впускного отверстия, объем камеры увеличивается, втягивая топливно-воздушную смесь в камеру.

Когда пик ротора проходит через впускной канал, эта камера закрывается и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение вокруг корпуса, объем камеры становится меньше, и топливно-воздушная смесь сжимается. К тому времени, когда поверхность ротора добралась до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. Это когда начинается горение.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна заглушка.Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро растет, заставляя ротор двигаться.

Давление сгорания заставляет ротор перемещаться в направлении увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.

Выхлоп

Как только пик ротора проходит через выхлопное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из выхлопа.По мере того как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из порта. К тому времени, когда объем камеры приближается к своему минимуму, пик ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

Особенность роторного двигателя заключается в том, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в одной части цикла - за один полный оборот ротора будет три такта сгорания. Но помните, что выходной вал вращается три раза за каждый полный оборот ротора, что означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один ход сгорания.

Общая информация о роторных двигателях

Роторный двигатель (также известный как двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля) - это двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в 1954 году немецким инженером-механиком Феликсом Генрихом Ванкелем в качестве альтернативы классическому поршневому двигателю.

После некоторых технических усовершенствований, внесенных инженером Хансом Дитером Пашке, роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на собрании Союза инженеров Германии в Мюнхене в 1960 году.

Благодаря своей простоте, отличному соотношению мощности к весу, а также плавности хода и хорошей работы моторы Ванкеля были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности в 1960-х годах. В августе 1967 года компания NSU Motorenwerke AG привлекла большое внимание к очень современному NSU Ro 80, который имел 115-сильный двигатель Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль, признанный «Автомобилем года» в 1968 году.

В течение следующих десятилетий ряд крупных производителей автомобилей подписали лицензионные соглашения на разработку роторных двигателей Ванкеля, включая Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda.

После дальнейших усовершенствований двигателя, в том числе решения проблемы уплотнения верхушки, Mazda успешно использовала двигатели Ванкеля в своих спортивных автомобилях серии RX до 2012 года. Технологическое преимущество роторных двигателей в автомобильной промышленности было подчеркнуто в 1991 году на выставке 24 Hours of Le Мужская гонка, так как автомобиль с 4-роторным двигателем Mazda 26B выиграл престижные соревнования.

В наши дни роторные двигатели Ванкеля, которые постоянно совершенствуются такими компаниями, как Wankel Supertec GmbH, можно найти в мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, малых судах и генераторах энергии.Следующий этап развития относится к использованию роторных двигателей внутреннего сгорания в наступающей эре низкоуглеродистого, экологически безопасного, надежного и доступного энергоснабжения. Таким образом, успешное испытание роторного двигателя Hydrogen 20 сентября 2019 года позволяет Wankel Supertec с уверенностью смотреть в будущее.

Роторный двигатель - это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется один или несколько треугольных роторов для преобразования давления, создаваемого при сгорании топливовоздушной смеси, в кинетическую энергию.Объемы газа, транспортируемые в пространствах между торцами ротора и корпусом, поочередно выполняют четыре разные работы: а) всасывание; б) Компрессия; в) горение и г) выхлоп. Эти стадии известны как такты, что делает двигатель Ванкеля 4-тактным двигателем, похожим на поршневой двигатель Отто.

ВПУСКНОЙ

Во время этой фазы падение давления, вызванное движением ротора, втягивает воздушно-топливную смесь. Эта смесь втягивается вокруг ротора и нагнетается во второй такт цикла.

СЖАТИЕ

По мере того как ротор продолжает вращаться, захваченный (заштрихованный) объем, заключенный между ротором и корпусом, уменьшается, сжимая топливно-воздушную смесь.

ГОРЕНИЕ

Когда активный объем смеси минимален, одна или несколько свечей зажигания инициируют горение, вызывая быстрое повышение давления и температуры.Внезапное расширение газообразной топливной смеси передает усилие на эксцентрик через ротор.

ВЫХЛОПНАЯ

По мере вращения расширяющиеся газы приводят в движение ротор до тех пор, пока выхлопное отверстие не откроется, выпуская их. Процесс выпуска продолжается, когда впускное отверстие открывается, чтобы начать новый цикл.

Благодаря своей конструкции двигатель Ванкеля намного легче, компактнее и проще классического поршневого двигателя.Здесь нет ни возвратно-поступательной массы, ни кривошипов, клапанов, штоков или других сложных деталей, подверженных отказам. Двигатели Ванкеля содержат всего три движущихся части, что делает их более надежными, долговечными и удобными в обслуживании, чем их соперники с возвратно-поступательным движением. Кроме того, эти движущиеся части непрерывно вращаются в одном направлении, что обеспечивает более высокие рабочие скорости, простоту балансировки и низкий уровень вибрации. Благодаря беспрецедентному соотношению мощности к габаритам и мощности к массе, двигатели Ванкеля незаменимы в различных областях применения, начиная от сектора легких самолетов и комбинированных теплоэнергетических установок и заканчивая морской промышленностью.

Одним из основных недостатков двигателя Ванкеля является его низкий тепловой КПД. Длинная, тонкая и подвижная камера сгорания приводит к медленному и неполному сгоранию топливной смеси. Это приводит к более высоким выбросам углерода и более низкой топливной экономичности по сравнению с поршневыми двигателями. Однако этот недостаток превращается в преимущество при переходе на водородное топливо.

Еще одна слабость двигателей Ванкеля заключается в уплотнении ротора и вершины.Неидеальное уплотнение между краями ротора и корпуса - например, из-за износа или недостаточной центробежной силы в нижних диапазонах частоты вращения - может привести к утечке продуктов сгорания в следующую камеру.

Поскольку сгорание происходит только в одной секции роторного двигателя, существует большая разница температур в двух отдельных камерах. Как следствие, разные коэффициенты расширения материалов приводят к неоптимальному уплотнению ротора. Потребление масла также является проблемой, поскольку масло необходимо впрыскивать в камеры, чтобы добавить смазки и помочь сохранить герметичность ротора.

Проблема с роторными двигателями: инженерное объяснение

Высокая мощность в крошечном, простом и легком корпусе. В роторном двигателе Ванкеля есть что полюбить, но недостаточно, чтобы поддерживать его жизнь. Давайте посмотрим, что пошло не так

Они компактные, мощные и производят потрясающий шум.Так почему же роторные двигатели так и не стали популярными, и почему от этой концепции почти отказался один производитель, который ее отстаивал? Давайте проведем вас через это.

NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем в мире, у которого задние колеса плавились под действием роторного двигателя Ванкеля. Автомобильный дебют Ванкеля готовился десятилетиями, хотя срок его службы был относительно коротким, и он закончился выпуском Mazda RX-8 2011 года. Это приводит нас к нескольким вопросам:

  1. Как работает роторный двигатель?
  2. Какие преимущества у этого двигателя? (Зачем это было сделано?)
  3. Какие недостатки есть у двигателя? (Почему он умер?)

1.Как работает роторный двигатель?

Процесс роторного двигателя очень похож на то, что происходит в традиционном поршневом цилиндровом двигателе. Разница в том, что вместо поршней здесь ротор треугольной формы, а вместо цилиндров - корпус, напоминающий овал.

Всасывание

По мере того, как ротор перемещается внутри корпуса, небольшой воздушный карман расширяется в больший, создавая тем самым вакуум.Этот вакуум поступает во впускные каналы, из которых воздух и топливо затем всасываются в камеру сгорания.

Сжатие

Ротор продолжает вращаться, сжимая топливовоздушную смесь относительно плоской стороны корпуса ротора.

1 МБ

Благодарю Итана Смейла за эпический GIF!

Мощность

Две свечи зажигания используются для воспламенения топливовоздушной смеси, помогая ускорить процесс сгорания и обеспечить сгорание большей части топлива, и это заставляет ротор продолжать вращаться.

Выхлоп

Подобно такту впуска, ротор перемещается до тех пор, пока не станут доступны выпускные отверстия, а затем выхлопные газы под высоким давлением вытесняются наружу, когда ротор закрывается из корпуса.

Важно понимать, что в отличие от поршневого цилиндрового двигателя в одном корпусе ротора все эти события происходят почти одновременно. Это означает, что при всасывании одной части ротора также происходит рабочий такт, что приводит к очень плавной подаче мощности и большому количеству мощности в небольшом корпусе.

2. Какие преимущества дает двигатель Ванкеля?

Удельная масса

Одним из самых больших преимуществ роторного двигателя был его размер.Двигатель 13B Mazda RX-7 занимал около одного кубического фута объема, но вырабатывал значительную мощность для своих небольших размеров.

Меньше движущихся частей

Часто в инженерии самое простое решение оказывается одним из лучших. Роторный двигатель резко сокращает количество деталей, необходимых для сгорания, при этом всего три основных компонента вращаются в двухроторном двигателе.

Плавный и высокие обороты

Роторный двигатель не имеет возвратно-поступательной массы, как клапаны или поршни в традиционном двигателе.Это приводит к невероятно сбалансированному двигателю с плавной подачей мощности и способности развивать высокие обороты, не беспокоясь о таких вещах, как клапан-поплавок.

3. Почему умер роторный двигатель?

Mazda RX-8 2011 года стала последним серийным автомобилем с ротором Ванкеля 1.3-х литровый Ренезис. Независимо от того, соответствовал ли RX-8 названию роторного двигателя, мы все прослезились из-за потери этого инновационного и уникального подхода к внутреннему сгоранию. Что нанесло последний удар? RX-8 не соответствовал нормативам выбросов Евро 5, и поэтому после 2010 года он больше не мог продаваться в Европе. Хотя в штатах он оставался законным, продажи значительно упали, поскольку модель существует с 2004 года.

Какие недостатки у поворотной конструкции?

Всего три основных движущихся части в двухроторном двигателе Ванкеля

Низкий тепловой КПД

Из-за длинной камеры сгорания и уникальной формы тепловой КПД двигателя был относительно ниже по сравнению с поршневыми аналогами.Это также часто приводило к выходу несгоревшего топлива из выхлопа (отсюда тенденция роторных двигателей к обратному воспламенению, что, очевидно, столь же круто, сколь и неэффективно).

Burn Baby Burn

Роторный двигатель по своей конструкции сжигает масло. Во впускном коллекторе есть масляные распылители, а также форсунки для распыления масла непосредственно в камеру сгорания. Это не только означает, что водитель должен регулярно проверять уровни масла, чтобы поддерживать надлежащую смазку ротора, но также означает, что из выхлопной трубы выходит больше вредных веществ.А окружающая среда ненавидит плохое.

Это отверстие в корпусе - это то место, куда непосредственно впрыскивается масло во время впускного «такта» двигателя.

Уплотнение ротора

Еще одна проблема, которая также может повлиять на выбросы: сложно герметизировать ротор, когда он находится в очень разных температурах.Помните, что всасывание и сгорание происходят одновременно, но в очень разных местах корпуса. Это означает, что верхняя часть корпуса относительно холодная, а нижняя часть намного горячее. С точки зрения герметичности это проблематично, поскольку вы пытаетесь создать уплотнение «металл-металл» с металлами, которые работают при существенно разных температурах. Использование рубашек для охлаждающей жидкости, чтобы помочь выровнять тепловую нагрузку, эту проблему можно уменьшить, но никогда полностью не уменьшить.

Выбросы

Если сложить все вместе, ротор погаснет. Сочетание неэффективного сгорания, внутреннего сгорания масла и проблем с герметизацией приводит к тому, что двигатель не может конкурировать с сегодняшними стандартами по выбросам или экономии топлива.

Чем отличается RX-8 от конкурентов?

Печально известное уплотнение верхушки ротора RX-7 13B

В моем видео, описывающем недостатки RX-8, зрители справедливо отметили, что я сравнивал автомобили 2015 модельного года с моделью 2011 года с точки зрения экономии топлива, что было несправедливо со стороны Mazda.Давайте исправим это неправильно, используя RX-8 первого года выпуска.

Автомобиль Объем двигателя Вес Мощность MPG Комбинированный рейтинг
2004 Mazda RX-8 1.3л Ванкель 3053 фунтов (1385 кг) 197-238 л.с. (авто / человек) 18 миль на галлон (13 л / 100 км)
2004 VW GTI 1,8 л I4 2934 (1330 кг) 180 л.с. 9,8 л / 100 км (24 миль на галлон)
2004 Корвет 5,7 л V8 3214 фунтов (1458 кг) 350 л.с. 20 миль на галлон (11.8 л / 100 км)

Как вы можете видеть выше, RX-8 не очень хорош с точки зрения экономии топлива. Corvette со значительно более мощным двигателем, мощностью на 47 процентов и массой на 5 процентов по-прежнему обеспечивает на 11 процентов большую экономию топлива. Также стоит упомянуть, что это был первый год выпуска модели RX-8, в то время как двигатели Corvette и GTI использовались с предыдущих лет.Проще говоря, о RX-8 нельзя сказать ничего хорошего с точки зрения экономии топлива. Хотя покупатель не обязательно может рассматривать это как отрицательный момент, без учета выбросов нет автомобиля, который можно было бы купить.

Стоит отметить, что с момента первой публикации этой статьи Mazda объявила, что вернет роторные двигатели, но только в качестве небольших расширителей запаса хода в электромобилях. Другими словами, ничего, что не взорвется.

Что такое роторный двигатель и почему нацисты изобрели верхние уплотнения?

Вы перестали пускать слюни, как собака Павлова? Я уверен, что нет.Но просмотр этого видео, на котором Mazda демонстрирует безумную гонку 787 в Ле-Мане, передаёт лишь небольшую часть гоночной родословной этого ротора.

На протяжении многих лет Mazda использовала двух-, трех- и четырехроторные роторные двигатели для ряда различных приложений, включая гоночные автомобили высшего уровня IMSA, прототипы, такие как автомобили 767 и 787, автомобили с открытыми колесами и секретный прототип ралли Группы B с двухроторным RX-7 со скоростью 11000 об / мин. Первая роторная победа Mazda произошла в 1972 году, когда двухроторный спортивный автомобиль RX-2 выиграл гонку IMSA RS в Лайм-Рок-парке.

Mazda добилась успеха в своей серии RX, выиграв гонки с RX-2, RX-3 и RX-7. А с появлением RX-7 он продолжил победную серию, вырвав подиум в своем классе на протяжении 10 лет на 24-часовой гонке Daytona. Он также выигрывал чемпионат IMSA Grand Touring Championship Under 2 Liters каждый год в период с 1980 по 1987 год.

Однако самая большая претензия роторного двигателя на известность в гонках пришлась на 1991 год, когда прототип гоночного автомобиля 787B с четырьмя роторами, показанный на видео выше, безоговорочно выиграл 24 часа Ле-Мана.Mazda стала не только первым и единственным роторным двигателем, выигравшим знаменитую гонку, но и первым японским конструктором, выигравшим эту гонку. Аккуратный!

Какие модели в настоящее время оснащены ротором?

Нет. Mazda держала его в живых столько, сколько могла, но его исключили из модельного ряда в 2012 году, когда RX-8 был снят с производства. Mazda заявляет, что возвращает роторный двигатель, хотя он будет использоваться в качестве расширителя диапазона в одном из будущих гибридных автомобилей компании. Не совсем триумфальное возвращение легендарного двигателя.

Узнайте, как управлять своим Ротари в Skip Barber Racing School.

Изучить поведение, причуды и индивидуальность вашего автомобиля можно самостоятельно, но не на пустом месте. Пропущенная точка торможения или фиксация цели на том дереве может означать погнутый бампер или серьезные медицинские счета. Зачем рисковать, если вы можете безопасно научиться водить свой роторный автомобиль у профессионалов школы вождения Skip Barber Race Car Driving School?

Drive стал партнером легендарной школы гонок Skip Barber, чтобы гарантировать, что при первом включении зажигания зажигания вы не полетите в канаву.

Часто задаваемые вопросы о роторном двигателе

У вас есть вопросы, У Drive есть ответы!

Q: Почему Иисус ненавидит ротари?

A: Их используют исключительно грешники. Слава сатане!

Q: Хорошо, но может ли роторный двигатель работать на дизельном топливе?

A: Роторный двигатель может работать на нескольких различных видах топлива, включая дизельное топливо, этанол, метанол, спирт и старый бензин. Он не потечет на слезах, собранных после похода к механику.

Q: Итак, сколько оборотов в минуту может вращаться роторный двигатель?

A: Все.

Q: Но на самом деле.

A: Большинство уличных роторных машин развивают скорость около 8000–8500 об / мин. Однако гоночные двигатели, подобные упомянутым выше, будут иметь частоту вращения выше 10 000 об / мин.

Q: Тогда сколько уплотнений вершины имеет роторный двигатель?

A: Три на ротор.

Q: Боюсь спросить, но сколько стоит починка уплотнений апекса?

A: Начните с того, что дайте механику 2000 долларов, а затем будьте готовы раскошелиться на многие тысячи после этого, пока вы не станете бедным и живете в фургоне у реки.

Интересные факты о поворотных устройствах

Вы знаете, что вам нужно больше фактов о поворотных устройствах!

  • Кто-то построил крошечный прозрачный ротор, который вращался до 18 000 об / мин.
  • Mazda когда-то построила двигатель NA Miata с роторным двигателем, который использовал водород в качестве источника топлива! Он, очевидно, не взлетел.
  • RX-7 был первым серийным автомобилем с последовательным двойным турбонаддувом.
  • Кто-то однажды взял роторный двигатель и заменил его на Ferrari 456 GT.
  • Suzuki когда-то построил и продал роторный мотоцикл под названием RE5, и легендарный дизайнер Джорджетто Джуджаро модернизировал его.

Давайте поговорим, комментарий ниже, чтобы поговорить с редакторами

Drive !

Мы здесь, чтобы быть экспертами во всем, что связано с практическими рекомендациями. Используйте нас, хвалите нас, кричите на нас. Оставьте комментарий ниже, и давайте поговорим! Вы также можете написать нам в Twitter или Instagram, вот наши профили.

Джонатон Кляйн: Twitter (@ jonathon.klein), Instagram (@jonathon_klein)

Тони Маркович: Twitter (@T_Marko), Instagram (@t_marko)

Крис Тиг: Twitter (@TeagueDrives), Instagram (@TeagueDrives)

Роторный двигатель Mazda Wankel

| Как работает роторный двигатель

Мы не видели последнего вращающегося треугольника.

Еще в марте Мартин тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, повсюду зажигал редукторы, когда он сказал голландскому изданию автомобильных новостей ZERauto, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.

В частности, тен Бринк сказал, что роторный двигатель может стать расширителем запаса хода для электромобиля в 2019 году, и пока это всего лишь слухи. Mazda Motor of America не будет обсуждать и подтверждать комментарии десяти Бринка, сообщая нам только, что «Mazda не объявила о каких-либо конкретных продуктах с роторным двигателем в настоящее время.Однако Mazda продолжает работать над технологиями роторных двигателей ».

Так что же такого особенного в этом легендарном двигателе, который так взволновал всех своим возвращением? И почему на этот раз все может быть иначе?

Как это работает

Getty Images

Роторный двигатель - это бочкообразный двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют многие основные детали, которые можно найти в обычном поршневом двигателе.Во-первых, нет поршней, которые поднимаются и опускаются. Скорее округло-треугольные роторы - чаще всего два, но иногда один или три - вращаются вокруг вала через полый цилиндр.

Топливо и воздух закачиваются в пространства между сторонами роторов и внутренними стенками ствола, где они воспламеняются. Быстрое расширение взрывающихся газов вращает роторы, генерируя таким образом энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель легче и меньше, чем поршневой двигатель эквивалентного рабочего объема.

Базовая конструкция - вековая. Сам Феликс Ванкель был немецким инженером, который в 1920-х годах придумал свою версию роторного двигателя. Однако, будучи занятым разжиганием войны от имени нацистской партии, у него не было возможности развить свое видение слишком далеко до 1951 года, когда немецкий автопроизводитель NSU пригласил его разработать прототип.

Сложная конструкция Ванкеля фактически проиграла более простому прототипу, разработанному инженером Хансом Дитером Пашке, которого NSU также пригласил, чтобы взломать оригинальную концепцию Ванкеля.Двигатель Пашке - это двигатель, которым Mazda станет обладать и станет лидером в 21 веке. Таким образом, современный Ванкель - это не совсем Ванкель.

Getty Images

Если оставить в стороне проблемы, то Ванкель - это наиболее распространенная и успешная конструкция роторного двигателя, и единственная, которая была запущена в серийное производство. Еще в начале 60-х у NSU и Mazda было дружеское совместное соревнование по продаже первого автомобиля с двигателем Ванкеля, поскольку они исправляли недостатки незрелого дизайна.NSU первым вышел на рынок в 1964 году, но в течение следующего десятилетия он разрушил свою репутацию, поскольку частые отказы двигателей снова и снова отправляли владельцев в магазин. Вскоре нередко можно было найти NSU Spider или Ro 80 с тремя или более двигателями.

Проблема заключалась в уплотнениях на вершине - тонких полосах металла между концами вращающихся роторов и корпусами ротора. НГУ сделал их из трех слоев, что привело к неравномерному износу, сделавшему их гранатометами. Mazda придумала уплотнения вершины, сделав их из одного слоя, и представила свой Wankel в роскошном спортивном автомобиле Cosmo 1967 года.

В начале 70-х Mazda представила себе целую линейку автомобилей с двигателями Ванкеля, мечту, которая была разбита нефтяным кризисом 1973 года. Но роторный двигатель стал единственной силовой установкой для трех поколений спортивных Mazda RX-7 с 1978 по 2002 год, когда двигатель Ванкеля почитали и осуждали.

Любят и ненавидят

Популярная механика

Редукторы

любят ротор отчасти потому, что он другой.Автолюбители всегда питали слабость к двигателю, который, если не считать внутреннего сжигания бензина, едва ли похож на обычный поршневой двигатель. Роторный двигатель выдает мощность линейно до 7000 или 8000 об / мин, в зависимости от характеристик двигателя, и этот ровный диапазон мощности отличает его от поршневых двигателей с оптимальным числом оборотов, которые слишком часто расходуют мощность на высоких оборотах, чувствуя себя безжалостно на низких оборотах.

Автопроизводителям также понравился поворотный механизм за его плавность. Роторы, вращающиеся вокруг центральной оси, обеспечивают незначительное отсутствие вибрации по сравнению с поршневым двигателем, у которого движение поршня вверх-вниз более резкое.Но необычный двигатель - это незнакомое животное, поэтому поляризующий Ванкель также вызывает свою долю ненависти среди автолюбителей и механиков. Это простой дизайн - без ремня ГРМ, без распределительного вала, без коромысел - но незнакомость порождает недоверие, а у Ванкеля есть причуды, требующие внимания.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Роторный двигатель сжигает масло по своей конструкции, закачивая небольшое количество моторного масла в камеры сгорания для смазки роторов, создавая обычный поток синего дыма, вырывающийся из выхлопной трубы, когда вы заводите автомобиль.Честно говоря, людей это пугает - синий дым выхлопных газов является сигналом бедствия, когда исходит от поршневого двигателя.

Роторы также предпочитают минеральное масло синтетическому, и их конструкция означает, что вам необходимо периодически доливать масло, потому что двигатель постоянно его потребляет. Эти верхние уплотнения, как правило, не прослужат долго, прежде чем их потребуется заменить. Восстановление Ванкеля на расстоянии 80 000–100 000 миль является обычным делом, и раньше, чем большинство поршневых двигателей, нуждаются в такой кропотливой работе.

Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторного двигателя, более низким выбросам и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед ее выпуском.Для RX-8 Mazda решила эти проблемы, разместив выхлопные отверстия по бокам камер сгорания. Выбросы топлива также стали строже с годами. Это одна из причин, по которой RX-8, последний автомобиль с двигателем Ванкеля, поступил в продажу в 2002 году и был снят с производства в 2012 году.

Время для второго поворота

Вернемся к слухам вице-президента Mazda Мартейна тен Бринка о том, что Mazda может использовать какой-нибудь роторный двигатель в качестве расширителя запаса хода для электромобиля. Это имело бы смысл. Еще в 2012 году Mazda арендовала 100 электромобилей Demio EV в Японии, но небольшой запас хода в 124 мили был болезненным моментом.Итак, в 2013 году Mazda создала прототип, который включал в себя поворотный расширитель диапазона, чтобы почти удвоить этот диапазон, и назвала его Mazda2 RE Range Extender (Mazda2 - это то, что Demio называют за пределами Японии). Колеса прототипа приводились в движение электродвигателем, а 0,33-литровый 38-сильный роторный двигатель раскручивался для подзарядки аккумуляторных батарей электродвигателя, если они разряжались, а поблизости негде было подзарядить.

Поскольку роторный двигатель не мог приводить в движение колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius.Ванкель был скорее бортовым генератором, который увеличивал дальность действия автомобиля. Та же компактность и легкий вес, которые сделали Wankel отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным в качестве генератора с увеличенным запасом хода на автомобиле, особенно на том, у которого уже есть электродвигатели и батареи, конкурирующие за пространство и Не позволяйте себе набирать лишний вес. Но концепция расширителя запаса хода не попала в производство, а Mazda не продала никаких электромобилей после тех 100 электромобилей Demio.

Тем не менее, роторный двигатель заработал свою репутацию в основном как двигатель спортивного автомобиля, а не как генератор, приводимый в движение электродвигателями. Пока ходят слухи о возрождении роторного двигателя, автолюбители будут мечтать об этом суетливом, причудливом двигателе, который снова будет приводить в движение колеса во время динамичной и веселой езды.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *