Схема роторно поршневого двигателя: Страница не найдена.

Содержание

Что случилось с двигателем Ванкеля и куда он исчез с авторынка: Движение: Ценности: Lenta.ru

В этом году отмечается полувековой юбилей сразу двух знаковых для истории автомобилестроения моделей. Немецкий NSU Ro 80 и «японка» Mazda Cosmo стали первыми автомобилями с роторным двигателем, подходившими под определение «массовые». Но, увы, изобретенному инженерами фирмы NSU Ванкелем и Фройде новому типу двигателя внутреннего сгорания так и не удалось завоевать мир.

После создания в конце XIX столетия поршневого двигателя внутреннего сгорания прогресс в этой области пошел по пути разработки уже имеющейся концепции. Инженеры создавали все более мощные и совершенные двигатели, но суть оставалась все той же — в цилиндрическую камеру тем или иным способом попадало топливо, образовывавшиеся после сгорания топлива газы толкали поршень. И только в конце 1950-х два немецких инженера, работавшие в известной тогда своими мотоциклами фирме NSU Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, предложили принципиально новую конструкцию.

В их двигателе цилиндры отсутствовали как класс: установленный на валу трехгранный ротор был жестко соединен с зубчатым колесом, входившим в зацепление с неподвижной шестерней — статором. По сравнению с обычным поршневым мотором внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля (как он стал известен по имени одного из создателей) имел меньшие в 1,5-2 раза габариты, большую удельную мощность, меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен), а также — за счет отсутствия коленвала и шатунов — более высокие динамические показатели. Впрочем, были и недостатки, с которыми так и не удалось справиться за все время выпуска автомобилей с роторными двигателями: довольно высокий расход топлива на низких оборотах, повышенное потребление масла и сложность в производстве (из-за необходимости точности геометрических форм деталей).

NSU Spider

Фото: Science Museum / Globallookpress.com

Любопытно, что сам Ванкель не умел водить автомобиль и не имел водительских прав — поскольку с раннего детства страдал сильной близорукостью. Это, впрочем, не помешало ему доработать первоначально мотоциклетный движок под нужды автопрома, и в 1964 году NSU выпустила первый в мире серийный роторный автомобиль — кабриолет NSU Spider на базе заднеприводной модели Sport Prinz. Машина выпускалась ограниченной серией (за три года было собрано 2375 экземпляров) и была довольно дорога, в пересчете на нынешние деньги — около 22 тысяч долларов за двухместную малолитражку длиной 3,6 метра.

В 1967 году на рынок вышли сразу две модели с роторными двигателями, ставшие действительно массовыми. NSU представила топовый седан Ro 80, а японская фирма Mazda — спортивное купе Cosmo, первое в полувековой череде машин с двигателем Ванкеля в своей линейке. Немецкая машина, увы, оказалась довольно капризной и «сырой», хотя и была признана «автомобилем года-1968» в Европе. Постоянные рекламации и необходимость дорогостоящего ремонта уже проданных авто привели компанию практически к банкротству — в 1969 году она была куплена концерном Volkswagen и слита в одно подразделение с маркой Audi. Производство Ro 80 тем не менее продолжалось до 1977 года; всего было выпущено более 37 тысяч автомобилей. Передовой для конца 1960-х дизайн кузова, сперва не оцененный потребителями, оказал впоследствии влияние, в частности, на популярную модель Audi 100.

NSU Ro 80

Фото: CPC Collection / Alamy / Diomedia

Кстати, лицензию на «ванкель» купил и СССР. 140-сильным роторным двигателем оборудовались версии вазовских «пятерок» и «семерок» для милиции и КГБ. Внешне они не отличались от серийных машин, но на дороге демонстрировали необходимую резвость. В 1990-е малой серией выпускались и «гражданские» 2108 и 21099 с роторным мотором ВАЗ-415, также абсолютно идентичные по дизайну кузова с «нормальными». Обманчивая внешность породила множество шоферских легенд: неприметная «девятка» вдруг срывалась с места и обгоняла солидный BMW (разгон до сотни у роторной версии занимал 9 секунд, а максимальная скорость достигала 190 километров в час).

Экспериментировали с двигателем Ванкеля и французы из Citroen. Однако модель GS Birotor с двухроторным двигателем вышла на рынок в октябре 1973 года — точно в месяц начала крупнейшего нефтяного кризиса. Машина стоила на 70 процентов дороже стандартной модели GS с четырехцилиндровым мотором, а топлива потребляла больше, чем представительская DS. В результате удалось с большим трудом продать 847 экземпляров, после чего производство было свернуто.

В конечном счете на рынке «ванкелей» осталась только Mazda, продолжавшая совершенствовать двигатель и выпустившая около 20 моделей с роторным двигателем. Инженерам японской компании удалось повысить экономичность и снизить объем токсичных выхлопов (еще одна «врожденная болезнь» роторных двигателей), но даже со всеми усовершенствованиями последняя выпускавшаяся роторная модель, RX-8, не соответствовала нормам Евросоюза. В 2010 году ее прекратили продавать в Европе, а в 2012-м было свернуто производство и для других рынков. Спортивные роторные модели Mazda, однако, за почти полвека производства успели завоевать поклонников во многих странах, включая нашу. Вот что рассказывает о своей RX-8 москвич Олег, автолюбитель со стажем:

«Приобрести RX-8 я решил вовсе не из-за роторного двигателя, а скорее вопреки ему. Но ничего похожего на рынке тогда не было: полноценное четырехместное купе с дверями, которые по старой памяти именуют suicide doors — разве что Rolls-Royce. А еще эти "надбровные дуги" над передними колесами... Однако все, с кем я делился идеей, крутили пальцем у виска: "больше 30 тысяч ротор не ходит", "масла жрет столько же, сколько и бензина", "а бензина — как американский грузовик", "ниже нуля не заводится" и так далее. "Зато не угонят", — решил я. Машина пришла зимой, и первые же недели показали, что перемещение по заснеженной Москве не то что бы совсем невозможно, но требует очень крепких нервов — машина норовила уйти в занос в каждом повороте или забуксовать там, где легко проезжала любая переднеприводная малолитражка. Но, как назло, даже в лютый мороз заводилась исправно. Да и сколько той зимы.

Mazda RX-8

Фото: National Motor Museum / Heritage Images / Getty Images

Снег сошел, и Mazda, наконец, оказалась в своей стихии. Да, масло (каждую тысячу приходилось открывать капот и доливать до рисочки), да, расход (в особенно хорошие дни бывало и больше 20 литров на сотню), но все это компенсировалось возможностью обмануть слух окружающих и, раскрутив двигатель до 9000 оборотов, прикинуться гоночным мотоциклом. Точный руль, задний привод и 230 лошадиных сил превращали любую, еще не изобиловавшую тогда камерами дорогу, в гоночный трек практически без моего участия. Даже стоя под окном, машина, казалось, куда-то ехала. Из-под этого окна, разоблачив тем самым еще один миф, ее и угнали. К тому времени, несмотря на то, что роторного двигателя побаивались даже "официалы", машина прошла 70 тысяч километров без намеков на какие-либо неполадки.

Audi A1 E-Tron Concept

Фото: Adrian Moser / Bloomberg / Getty Images

Хотя производство серийных автомобилей с роторным двигателем прекратилось еще пять лет назад, разработчики, похоже, не собираются навсегда расставаться с «ванкелем». Перспективными в этом смысле представляются гибридные силовые установки — благодаря малому размеру роторно-поршневого двигателя. Так, Audi в 2010 году продемонстрировала в Женеве гибридный прототип A1 e-tron concept с 60-сильным электромотором и двигателем Ванкеля рабочим объемом всего 250 кубических сантиметров, развивающим мощность 20 лошадиных сил и выполняющим фактически функцию генераторной установки.

почему Mazda возвращается к роторным моторам :: Autonews

Капризный Ванкель: почему Mazda возвращается к роторным моторам 

Mazda – единственный автопроизводитель, кто не утратил интерес к роторно-поршневым двигателям (РПД). Японцы собираются представить на Токийском автосалоне концептуальное купе с такой силовой установкой. Несмотря на то, что выпуск единственной модели с РПД был прекращен еще три года назад, инженеры компании продолжили развивать это направление, и в 2013 году представили гибридно-роторный концепт.

Скорее всего, гибридная силовая установка будет стоять и под капотом токийского концепта, который в итоге превратится в серийный автомобиль. Когда – неизвестно, но Mazda уже зарезервировала название RX-9 для новой машины. Японский автопроизводитель далеко не первым увлекся роторными моторами, но впоследствии стал самым преданным поклонником этой схемы.

NSU Spider

Работы над роторно-поршневым двигателем инженер Феликс Ванкель начал в 1951 году и дальше эта схема совершенствовалась специалистами немецкой компании NSU. Первый рабочий прототип завели только спустя 6 лет. В 1964 году NSU продемонстрировала свой первый роторный автомобиль – кабриолет Spider. Размещенный над задней осью силовой агрегат развивал 50 л.с. и разгонял машину до 100 км/ч за 14,5 секунды. Кабриолет оказался достаточно дорогим и за три года было выпущено чуть больше 2000 машин.
NSU Ro-80

В 1967 году NSU прекратила производство кабриолета и запустила новую роторную модель – изящный четырехместный седан Ro-80. Это был инновационный для того времени автомобиль c дисковыми тормозами, полуавтоматической трансмиссией с вакуумным приводом сцепления, блок-фарами и двухсекционным роторным мотором, приводящим в движение передние колеса. Двигатель при рабочем объеме в 1 литр развивал 115 л.с. и 162 Нм и разгонял довольно легкий (1210 кг) седан до 180 километров в час. В 1968 году Ro-80 получил титул «Автомобиль года», однако экзотический мотор оказался крайне ненадежным. А из-за нефтяного кризиса популярность прожорливого седана упала окончательно. Концерн VW, частью которого NSU стала в 1969 году, пытался доработать капризный мотор, но в 1977 году свернул выпуск модели и роторные разработки.
Как устроен роторный двигатель

Главная деталь в роторно-поршневом моторе – трехгранный ротор, который движется внутри цилиндра сложной формы и своими гранями отсекает изолированные объемы, где происходит сжатие, сгорание, расширение топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

РПД устроен намного проще, чем обычный поршневой мотор. Он компактнее и легче, хорошо уравновешен и у него более высокая удельная мощностью. При этом роторно-поршневой мотор не обладает высоким ресурсом, требователен к качеству масла и склонен к перегреву. Он расходует больше топлива и менее экологичен.

Citroen GS Birotor

Когда недостатки двигателей Ванкеля еще не стали очевидны, многие компании заинтересовались тихим и компактным мотором. Citroen создал вместе с NSU компанию Comotor, занявшуюся выпуском РПД. Первым роторным «Ситроеном» стало купе M35 – небольшую партию этих автомобилей с гидропневматической подвеской передали лояльным клиентам для опытной эксплуатации. Вторая модель GS Birotor (или GZ) со 107-сильным двухроторным мотором пошла в серию в 1973 году. Однако ее продажи оказались низкими: роторный GS стоил на 70% больше стандартной модели и даже оказался дороже флагманского DS. При этом в условиях разразившегося нефтяного кризиса он расходовал слишком много топлива. Удрученный неудачей французский производитель выкупил обратно все GS Birotor и отправил их на слом, так что до наших дней сохранилось всего несколько машин.
Mercedes-Benz C111

Свой роторный прототип компания Mercedes-Benz представила во Франкфурте в 1969 году. Стеклопластиковое купе с дверями типа «крыло чайки» многим виделось как новая интерпретация легендарной модели 300SL. Однако автопроизводитель решил использовать прототипы этой серии для экспериментов с новыми типами силовых агрегатов. Первый автомобиль серии C111 c трехсекционным мотором развивал 280 лошадиных сил. Вторая машина с четырехсекционным агрегатом мощностью 350 л.с. уже могла разгоняться до 300 километров в час. Испытатели отмечали низкий уровень шума, однако инженерам так и не удалось справиться с перегревом и грязным выхлопом РПД. В итоге следующие С111 оснащались дизельными моторами.
Aerovette XP-895

General Motors также заинтересовался роторными двигателями и даже установил их ради эксперимента на компактную модель Vega. В 1972 году Джон ДеЛореан, возглавлявший Chevrolet, решил вернуться к идее среднемоторного суперкара, которую он до этого забраковал. Для концепта XP-895 два двухсекционных роторных мотора соединили вместе, получив четырехсекционный силовой агрегат мощностью 420 лошадиных сил. Кроме того, был создан еще вариант спорткара с двухсекционным мотором. Однако из-за нефтяного кризиса и невысокой надежности роторных двигателей работы по ним были свернуты. Спустя несколько лет среднемоторный суперкар, получивший имя Aerovette, снова собрались запустить в серию, но уже с обычным мотором V8.
Mazda Cosmo Sport

Компания Mazda дальше других продвинулась в применении роторных моторов - с ними связана и важная спортивная победа компании в Ле-Мане в 1991 году. Первый РПД на основе силового агрегата NSU был создан японцами 1963 году, а два года спустя компания запустила в серию купе Cosmo c двухсекционным 110-сильным двигателем. В последующие годы Mazda выпустила множество различных автомобилей с РПД, в число которых входили даже пикапы и автобусы. В основном у них был задний привод и только у мелоксерийного купе Luce R130 — передний.
Mazda RX-7

Изначально под индексом RX выпускались роторные версии обычных моделей Mazda, но с номера 7 он был зарезервирован под отдельную спортивную модель с РПД. Модель RX-7 производилась c 1978 года на протяжении 24 лет, сменила три поколения и разошлась тиражом более 800 000 машин. За счет увеличения рабочего объема, а также использования наддува сначала с одной, а потом и с двумя турбинами мощность моторов выросла со 100 до 280 лошадиных сил. RX-7 третьего поколения выступил в фильме «Форсаж» в качестве боевой машины Доминика (герой Вин Дизеля).
Mazda Eunos Cosmo JC

В 1990 году Mazda начала производство люксового купе Eunos Cosmo с трехсекционным роторным мотором. Благодаря двойному турбонаддуву, появившемуся на этой модели даже раньше, чем на купе RX-7, удалось снять с двух литров 300 лошадиных сил и добиться максимальной скорости свыше 250 километров в час. Кроме того, существовала и менее мощная версия с двухсекционным роторным мотором. Помимо передового двигателя, новшеством стала и спутниковая навигация. Однако несмотря на все достоинства, разработка Eunos Cosmo JC обошлась компании в астрономическую сумму.
Mazda RX-8

Новое роторное купе, представленное в 2003 году, отличалось необычным кузовом с дополнительными распашными створками, облегчающими посадку на задний ряд. На этот раз японская компания отказалась от турбонаддува, зато смогла снизить расход бензина и масла нового роторного мотора Renesis и вписать его в экологический класс Евро-4. Тем не менее, силовой агрегат мощностью 192 или 240 л.с. обеспечивал легкой машине неплохое ускорение. В 2003 году новый РПД был удостоен звания «Двигатель года». Однако после ужесточения экологических норм Mazda была вынуждена прекратить продажи этой модели в Европе, а без европейского рынка производство RX-8 становилось нерентабельным. Тем не менее, компания продолжила опыты с РПД.
ВАЗ-415

Волжский автозавод стал одной из немногих автомобильных компаний, серийно выпускавших автомобили с РПД. С начала 1990-х моторы, разработанные специальным конструкторским бюро тольяттинского предприятия, ставились по заказу МВД и ФСБ на передне- и заднеприводные ВАЗы, «Москвичи» и «Волги». Внешне эти автомобили были ничем не приметны, зато легко могли догнать обычный автомобиль с поршневым мотором. Например, «восьмерка» с РПД мощностью 134 л.с. разгонялась до 100 км/ч всего за 8,5 секунды. Позже роторные машины мог приобрести любой желающий у официального дилера ВАЗа, однако спрос оказался небольшим – автомобили были дорогими и требовали частого обслуживания.
Hercules Wankel

Устанавливались роторные моторы и на мотоциклы, первой в 1974 году стала компания Hercules. Мотор байка W-2000 с воздушным охлаждением развивал 27 лошадиных сил. Роторные мотоциклы с жидкостным охлаждением выпускали серийно компании Norton и Suzuki, а компания Van Veen использовала для своей эксклюзивной модели автомобильный РПД производство Comotor. А в СССР ограничились экспериментами с двигателями Ванкеля на тяжелых мотоциклах.
Правила жизни роторных двигателей
Алексей Вуль, инженер, разработчик бесшатунных двигателей, участвовал в калибровке роторно-поршневых моторов ВАЗа:
  • Роторно-поршневые моторы сыграли определенную роль в те временя, когда людей не так сильно волновали экологические показатели.
  • Любой двигатель внутреннего сгорания представляет собой три важнейших функциональных блока. Первый – сосуд переменного объема. Второй – система газообмена и топливоснабжения. Третий – механизм, который преобразует удобную для газов форму движения во вращение выходного вала. Попытки совместить эти вещи в едином узле, как правило, заканчиваются потерей либо КПД, либо ресурса.
  • За время впуска воздух должен совершить несколько оборотов для более тщательного перемешивания топлива. В двигателях со сложной камерой сгорания, а роторно-поршневые моторы относятся именно к таким, непонятно, как этот воздух крутится.
  • Когда плохо смазываемая уплотняющая кромка пересекает выхлопное окно, получается прострел горячих газов через узкую щель со сверхзвуковой скоростью - возникает газовая эрозия.
  • Сколько вы можете отыграть на роторно-поршневом моторе? 70-100 килограммов? Но эти же килограммы без нечеловеческих усилий вы сможете отыграть на каких-то других элементах конструкции.
  • Существует много разных сценариев, с помощью которых можно получить отличный с точки зрения КПД и экологии термодинамический цикл. А уже после этого стоит садиться и думать, как сделать под него совершенное «железо». А если мы будем исходить из конструкции мотора, то потратим 70 лет, уйму денег для того, чтобы спасти довольно затейливую, но не очень перспективную идею.
  • Я не верю, что Mazda или все прогрессивное человечество смогут толково решить проблему РПД и обеспечить пробег в полмиллиона километров.

Евгений Багдасаров

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Автор admin На чтение 10 мин. Просмотров 315

Словосочетание «двигатель внутреннего сгорания» у большинства людей вызывает ассоциации с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Все потому, что подавляющее большинство автомобилей снабжено классическим и ставшим наиболее популярным типом двигателей – поршневым.


Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойного места и массовым не стал.

История создания

Самым первым тепловым двигателем роторного типа принято считать эолипил. В первом веке нашей эры его создал и описал греческий механик-инженер Герон Александрийский.

Конструкция эолипила довольна проста: на оси, проходящей через центр симметрии, расположена вращающаяся бронзовая сфера. Водяной пар, используемый как рабочее тело, истекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси крепления.


Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующих в качестве энергии силу стихии, тоже можно отнести к роторным двигателям древности.

Классификация роторных двигателей

Рабочая камера роторного ДВС может быть герметично замкнутой или иметь постоянную связь с атмосферой, когда от окружающей среды ее отделяют лопасти роторной крыльчатки. По такому принципу построены газовые турбины.

Среди роторно-поршневых двигателей с замкнутыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп. Разделение может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.


Стоит отметить, что у большинства описываемых конструкций нет действующих образцов и они существуют на бумаге.
Классифицировал их русский инженер И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он произвел анализ патентов России, Америки и других стран, всего более 600.

Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением

Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-дуговые качания. Лопатки на роторе и статоре неподвижны, и между ними происходят такты расширения и сжатия.

С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением

В корпусе двигателя расположены два вращающихся ротора, сжатие происходит между их лопастей в моменты сближения, а расширение в момент удаления. Из-за того что вращение лопастей происходит неравномерно, требуется разработка сложного механизма выравнивания.

С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями

Схема с успехом применяемая в пневмомоторах, где вращение осуществляется за счет сжатого воздуха, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания по причине высокого давления и температур.

С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса

Схема аналогична предыдущей, только уплотнительные заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя. Недостатки те же: невозможность обеспечить достаточную герметичность лопаток корпуса с ротором сохраняя их подвижность.

Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов

Наиболее перспективные и совершенные виды роторных двигателей. Теоретически могут развивать самые высокие обороты и набирать мощность, но пока не удалось создать ни одной работающей схемы для ДВС.

С планетарным, вращательным движением рабочего элемента

К последним относится наиболее известная широкой общественности схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

  • Умплеби (Umpleby)
  • Грея и Друммонда (Gray & Dremmond)
  • Маршалла (Marshall)
  • Спанда (Spand)
  • Рено (Renault)
  • Томаса (Tomas)
  • Веллиндера и Скуга (Wallinder & Skoog)
  • Сенсо (Sensand)
  • Майлара (Maillard)
  • Ферро (Ferro)

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля не была простой, рано оставшись сиротой (отец будущего изобретателя погиб в первой мировой войне), Феликс не мог собрать средства для обучения в университете, а рабочую специальность не позволяла получить сильная близорукость.

Это побудило Ванкеля на самостоятельное изучение технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.


В 1929 году он получает патент на изобретение, которое и стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, проводит полгода в тюрьме. После освобождения разработками роторного двигателя заинтересовались в компании BMW и стали финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.

После войны она достается в качестве репарации французам, а сам изобретатель попадает в тюрьму, как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов «NSU» и продолжает исследования.


В том же году он начинает совместную работу с главным конструктором «NSU» Вальтером Фройде, который и сам давно занимается изысканиями в области создания роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году первый образец двигателя занимает место на испытательном стенде.

Как работает роторный двигатель

Сконструированный Фройде и Ванкелем силовой агрегат, представляет собой ротор, выполненный в форме треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в форме эпитрохоиды, которая отдаленно напоминает восьмерку с вытянутым наружу центром, она выполняет роль цилиндра.

Совершая движение внутри камеры сгорания, ротор образует полости переменного объема, в которых происходят такты двигателя: впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Камеры герметично отделены друг от друга уплотнителями – апексами, износ которых является слабым место роторно-поршневых двигателей.

Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, поскольку камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость горения рабочей смеси.

На роторном двигателе используется угол запоздания а не опережения, как на поршневом. Это необходимо чтобы воспламенение происходило чуть позже, и сила взрыва толкала ротор в нужном направлении.

Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от множества деталей. Отпала необходимость в отдельном газораспределительном механизме, существенно уменьшились вес и размеры мотора.

Преимущества

Как говорилось ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого большого количества деталей как поршневой, поэтому имеет меньшие размеры, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).

Нет кривошипно-шатунного механизма (в классическом варианте), что позволило снизить вес и вибронагруженность. Из-за отсутствия возвратно-поступательных движений поршней и малой массы подвижных частей, двигатель может развивать и выдерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.

Роторный ДВС выдает мощность в трех четвертях каждого оборота выходного вала, тогда как поршневой лишь на одной четверти.

Недостатки

Именно по причине того, что двигатель Ванкеля, при всех своих плюсах, имеет большое количество минусов, сегодня только Mazda продолжает развивать и совершенствовать его. Хотя патент на него купили сотни компаний, среди которых Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.

Малый ресурс

Главный, и самый существенный недостаток – малый моторесурс двигателя. В среднем он равен 100 тысячам километров для России. В Европе, США и Японии этот показатель вдвое больше, благодаря качеству горючего и грамотному техническому обслуживанию.


Самую высокую нагрузку испытывают металлические пластины, апексы – радиальные торцевые уплотнители между камерами. Им приходится выдерживать высокую температуру, давление и радиальные нагрузки. На RX-7 высота апекса составляет 8.1 миллиметра, замена рекомендована при износе до 6.5, на RX-8 ее сократили до 5.3 заводских, а допустимый износ не более 4.5 миллиметров.

Важно контролировать компрессию, состояние масла и масляных форсунок, которые подают смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и приближающегося капитального ремонта – низкая компрессия, расход масла и затрудненный запуск «на горячую».

Низкая экологичность

Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя подразумевает прямой впрыск масла в камеру сгорания, а еще из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы имеют повышенную токсичность. Это затрудняло прохождение экологической проверки, нормам которой необходимо было соответствовать, чтобы продавать автомобили на американском рынке.

Для решения проблемы инженеры Mazda создали термальный реактор, который дожигал углеводороды перед выбросом в атмосферу. Впервые его установили на автомобиль Mazda R100.


Вместо того чтобы свернуть производство как другие, Mazda в 1972 году начала продажу автомобилей с системой снижения вредных выбросов для роторных двигателей REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System).

Высокий расход

Все авто с роторными двигателями отличает высокий расход горючего.

Кроме Mazda были еще Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (четырехсекционный, объем 4 литра), Citroen M35, но это в основном экспериментальные модели, да и из-за разгоревшегося в 80-х годах нефтяного кризиса их производство было приостановлено.

Малая длина рабочего хода ротора и серповидная форма камеры сгорания, не позволяют рабочей смеси прогореть полностью. Выпускное отверстие открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому и температура выхлопных газов этих двигателей такая высокая.

История отечественного РПД

В начале 80-х технологией заинтересовались и в СССР. Правда патент не был куплен, и до всего решили доходить своим умом, проще говоря – скопировать принцип работы и устройство роторного двигателя Mazda.

Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех для серийного производства. В 1976 году первый опытный образец односекционного двигателя ВАЗ-311, мощностью 70 л. с. установлен на 50 автомобилей. За очень короткий срок они выработали ресурс. Дала о себе знать плохая сбалансированность РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов.


Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых динамические характеристики мотора были куда важней ресурса. В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и 140 л. с. Позже моторами ВАЗ-414 оснащают машины КГБ, ГАИ и МВД.

Начиная с 1997 года на авто общего пользования ставят силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России машины подобными моторами не комплектуются.

Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем

Марка Модель
NSU Spider
Ro80
Mazda Cosmo Sport (110S)
Familia Rotary Coupe
Parkway Rotary 26
Capella (RX-2)
Savanna (RX-3)
RX-4
RX-7
RX-8
Eunos Cosmo
Rotary Pickup
Luce R-130
Mercedes C-111
Corvette XP-882 Four Rotor
Citroen M35
GS Birotor (GZ)
ВАЗ 21019 (Аркан)
2105-09
ГАЗ 21
24
3102

Список роторных двигателей Mazda

Тип Описание
40A Первый стендовый экземпляр, радиус ротора 90 мм
L8A Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, объем 792 куб. см
10A (0810) Двухсекционный, 982 куб. см, мощность 110 л. с., смешение масла с топливом для смазки, вес 102 кг
10A (0813) 100 л. с., увеличение веса до 122 кг
10A (0866) 105 л. с., технология снижения выбросов REAPS
13A Для переднеприводной R-130, объем 1310 куб. см, 126 л. с., радиус ротора 120 мм
12A Объем 1146 куб. см, упрочнен материал ротора, увеличен ресурс статора, уплотнения из чугуна
12A Turbo Полупрямой впрыск, 160 л. с.
12B Единый распределитель зажигания
13B Самый массовый двигатель, объем 1308 куб. см, низкий уровень выбросов
13B-RESI 135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic
13B-DEI 146 л. с., переменный впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 инжекторами
13B-RE 235 л. с., большая HT-15 и малая HT-10 турбины
13B-REW 280 л. с., 2 последовательные турбины Hitachi HT-12
13B-MSP Renesis Экологичный и экономичный, может работать на водороде
13G/20B Трехроторные двигатели для автогонок, объем 1962 куб. см, мощность 300 л. с.
13J/R26B Четырехроторные, для автогонок, объем 2622 куб. см, мощность 700 л. с.
16X (Renesis 2) 300 л. с., концепт-кар Taiki

Правила эксплуатации роторного двигателя

Эксперты рекомендуют в обслуживании придерживаться следующих правил:

  1. замену масла производить каждые 3-5 тысяч километров пробега. Нормальным считается расход 1.5 литра на 1000 км.
  2. следить за состоянием масляных форсунок, средний срок их жизни составляет 50 тысяч.
  3. менять воздушный фильтр каждые 20 тысяч.
  4. использовать только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
  5. заливать в бак бензин не ниже АИ-95, а лучше АИ-98.
  6. замерять компрессию при замене масла. Для этого используется специальный прибор, компрессия должна быть в пределах 6.5-8 атмосфер.

При эксплуатации с компрессией ниже этих показателей, стандартного ремкомплекта может оказаться недостаточно – придется менять целую секцию, а возможно и весь движок.

День сегодняшний

На сегодняшний день производится серийный выпуск модели Mazda RX-8, оснащенной двигателем Renesis (сокращение Rotary Engine + Genesis).


Конструкторам удалось вдвое сократить потребление масла и на 40% расход топлива, а экологический класс довести до уровня Euro-4. Двигатель с рабочим объемом 1.3 литра выдает мощность в 250 л. с.

Несмотря на все достижения японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства специалистов о том, что РПД не имеет будущего, они не прекращают совершенствовать технологию, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.

Мне нравится3Не нравится
Что еще стоит почитать

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

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

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

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

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

- рассказывал впоследстии журналистам Феликс Ванкель.

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

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

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

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

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

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

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

Роторный двигатель - устройство, особенности и принцип работы

Когда автомобили с поршневыми двигателями внутреннего сгорания уже широко распространились по всему миру, некоторые инженеры попытались разработать роторные двигатели, такие же эффективные и мощные. Существенных успехов добились специалисты из Германии, что неудивительно, ведь именно в этой стране изобрели автомобиль.

Немного истории

В 1957 году свет увидел первый роторно-поршневой двигатель. Впоследствии он был назван именем одного из разработчиков — Феликса Ванкеля. Второй человек, Вальтер Фройде, участвующий в процессе изобретения, незаслуженно попал в тень соавтора. Оба инженера были представителями немецкой компании NSU, производившей авто и мототехнику.

Годом позднее выпустили первый автомобиль с РПД. К сожалению, даже главных конструкторов модель новой машины не удовлетворила. Дви́гатель доработали, и в конце 60-х годов на свет появился седан, получивший звание «Авто года». Это был Ro-80 той же компании NSU. До 100 км он разгонялся всего за 12,8 с, развивал скорость до 180 км/ч, а весил немногим больше тонны. По тем временам это были грандиозные показатели. Лицензию на производство роторных моторов стали сразу же приобретать одна автомобильная компания за другой.

Неизвестно, как сложилась бы судьба изобретения Ванкеля, если бы в 1973 году не начался энергетический кризис, и цены на нефть резко повысились. Роторный двигатель внутреннего сгорания съедал слишком много топлива, поэтому от его применения начали отказываться.

В конце 90-х авто с моторами Ванкеля выпускали только Россия и Япония. Российские автомобили ВАЗ, оснащенные РПД, малоизвестны, а вот японским моделям удалось добиться мировой популярности.

В настоящее время автомобили с роторными двигателями производит лишь компания Mazda. Японским специалистам удалось усовершенствовать автомобильный мотор до такой степени, что он стал потреблять в 2 раза меньше масла и на 40% меньше топлива. Токсичность выхлопов также сократилась, и двигатель теперь соответствует европейским экологическим стандартам. Новым витком в развитии РПД стало применение водорода в качестве топлива.

Основы устройства роторного двигателя

Чтобы понять, как работает роторный двигатель, надо разобраться с его устройством. Две важные детали РПД — ротор и статор. Ротор, установленный на валу, вращается вокруг неподвижной шестерни — статора. Соединение с шестерней происходит посредством зубчатого колеса. Делают ротор из легированной стали и помещают в цилиндрический корпус.

Ротор двигателя в поперечном срезе имеет треугольную форму, его грани выпуклые, а три вершины постоянно контактируют с внутренней поверхностью корпуса. Таким образом, пространство цилиндра разделяется на три камеры. В результате вращения объем камер меняется. В определенный момент, из-за особенностей формы профиля корпуса, камер становится четыре.

  • На первом этапе в одну из камер через отверстие (впускное окно) запускается топливо.
  • Далее объем камеры с топливом уменьшается, впускное окно полностью закрывается и начинается сжатие топлива.
  • На следующем этапе образуется четыре камеры, срабатывают свечи (их две), происходит возгорание топлива, и совершается полезная работа мотора.
  • При дальнейшем вращении ротора открывается выпускное окно, в которое выходят продукты горения (выхлопные газы).

Как только выпускное окно закрывается, открывается впускное отверстие и цикл повторяется.

Один рабочий цикл совершается за один полный оборот вала. Чтобы поршневой двигатель совершил такую же работу, он должен быть двухцилиндровым.

Для обеспечения герметичности на вершинах ротора устанавливают уплотнительные пластины. К цилиндру их придавливают пружины и центробежная сила, добавляется также давление газа.

Чтобы лучше понять, как устроен роторный двигатель, и что это такое вообще, необходимо изучить схему. На ней представлено поперечное сечение агрегата и процессы, происходящие при движении ротора. Схема роторного мотора показывает, какие этапы проходит ротор, играющий роль поршня.

Типы роторных двигателей

Древнейшие роторные двигатели — это водяные мельницы, в которых колесо вращается от действия воды и передает энергию валу. Устройство современно роторного двигателя, работающего на топливе, значительно сложнее. В нем камера может быть:

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.

Первый тип устройств применяют на средствах передвижения, а второй в газовых турбинах. Двигатели с закрытой камерой в свою очередь разделяются на несколько видов. Классификация роторных моторов следующая.

  1. Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, его движение неравномерно.
  2. Вращение происходит в одну сторону, но скорость меняется, движение пульсирующее.
  3. Двигатели с уплотнительными заслонками, сделанными в виде лопастей.
  4. Равномерно вращающийся ротор с заслонками, которые движутся вместе с ротором и выполняют функцию уплотнителя.
  5. Двигатели с ротором, совершающим планетарное движение.

Существует также еще два вида типа роторных двигателей, в которых главный элемент равномерно вращается. Они отличаются организацией рабочей камеры и конструкцией уплотнителей. Двигатель Ванкеля относится к пятому пункту из представленного выше списка.

Преимущества РПД

Рассмотрев устройство роторного двигателя и принцип работы, можно понять, что он полностью отличается от поршневого. Роторный двигатель внутреннего сгорания более компактный, состоит из меньшего количества деталей, а его удельная мощность больше, чем у поршневого мотора.

РПД легче уравновесить, чтобы свести вибрации к минимуму. Это позволяет устанавливать его на легкий транспорт, например, микроавтомобили.

Количество деталей меньше, чем у поршневого двигателя почти в 2 раза. Размеры тоже значительно меньше, и такое преимущество упрощает развесовку по осям, позволяет добиться большей устойчивости на дороге.

Традиционный поршневой двигатель совершает полезную работу только за два оборота вала, а в роторном двигателе полезная работа совершается за один оборот ротора. Это является причиной быстрого разгона автомобилей с РПД.

Высокий расход топлива РПД

Устройство и принцип работы роторного двигателя на удивление просты, понятны и остроумны. Почему же он не получил распространения подобно поршневому ДВС? Не последнее место здесь занимает экономичность.

Роторный двигатель внутреннего сгорания потребляет слишком много топлива. При объеме всего 1,3 литра на каждые 100 км уходит почти 20 литров бензина. По этой причине запускать массовое производство автомобилей с РПД решились не многие компании.

В свете последних событий на Ближнем Востоке, когда за ресурсы ведется ожесточенная война, а цены на нефть и газ остаются по-прежнему довольно высокими, ограниченное применение РПД вполне понятно.

Другие важные недостатки

Следующим недостатком роторно-поршневого двигателя является быстрый износ уплотнителей, расположенных по ребрам ротора. Износ этот происходит по причине быстрого вращения, и как следствие, трения ребер о стенки камеры.

В дополнение к этому усложняется система смазки ребер. Компания Мазда сделала форсунки, которые впрыскивают масло в камеру сгорания. В связи с этим требования к качеству масла повысились. Постоянной обильной смазки также требует главный вал, вокруг которого происходит движение.

Техническое решение вопросов смазки требовало особого подхода, и справиться с задачей смогли только японские инженеры после долгих лет экспериментов.

Температура выхлопных газов у РПД выше, чем у поршневого двигателя. Это связано с относительно малой длиной рабочего хода грани ротора. Процесс горения едва успевает закончиться, как грань уже переместилась настолько, что открывается выпускное окно. В результате в выхлопную трубу выходят газы, которые полностью не передали давление ротору, и температура их высока. В атмосферу также попадает небольшая часть недогоревшей топливной смеси, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

В роторном двигателе сложно обеспечить герметичность камеры сгорания. В процессе работы стенки статора неравномерно разогреваются и расширяются. В результате возможны утечки газа. Особенно нагревается та часть, в которой происходит сгорание. Чтобы справить с этой проблемой, различные части делают из разных сплавов. Это в свою очередь усложняет и удорожает процесс производства двигателей.

На стоимость производства роторно-поршневых двигателей Ванкеля не лучшим образом влияет сложная форма камеры. На самом деле у цилиндра не овальное сечение, как иногда говорят. Сечение имеет форму эпитрохоида и требует высокоточного исполнения.

Итак, становится понятно, что у роторного двигателя есть плюсы и минусы. Их можно свести в следующую таблицу.

Достоинства

Недостатки

Хорошая сбалансированность Высокий расход топлива, особенно на малых оборотах
Минимальные вибрации Нарушение герметичности из-за перегрева
Быстрый разгон Требует частой замены масла (каждые 5 тысяч км)
Компактные размеры Быстрый износ уплотнителей
Высокая мощность Дороговизна производства некоторых деталей
Небольшое количество основных деталей Повышенный уровень выброса CO2

Из-за быстрого износа деталей ресурс роторного двигателя составляет около 65 тыс. км. Для сравнения ресурс традиционного двигателя внутреннего сгорания в 2, а то и в 3 раза больше. Обслуживание роторно-поршневых двигателей требует большей ответственности, поэтому они привлекают внимание преимущественно профессионалов. Частично инженерам удалось устранить недостатки автомобилей с РПД, но некоторые из них все же остались.

Роторно-поршневые двигатели Мазды

В то время как другие мировые производители отказались от производства роторных двигателей, корпорация Mazda продолжила работу над ними. Ее специалисты усовершенствовали конструкцию и получили мощный мотор, способный конкурировать с лучшими европейскими агрегатами.

Работать с роторно-поршневым двигателем японцы начали еще в 1963 году. Они выпустили несколько моделей автобусов, грузовиков и легковых авто.

С 1978 по 2003 год компания производила знаменитый спорткар RX-7. Его приемником стала модель RX-8, получившая более 30 наград на международных моторных выставках.

На RX-8 был установлен двигатель Renesis (Rotary Engine Genesis). В разной комплектации автомобиль продавался по всему миру. Самые мощные модели (250 л. с., 8,5 тыс. оборотов в минуту) продавали в Северной Америке и Японии. В 2007 годы в Токио на автосалоне представили концепт кар с мотором Renesis II мощность 300 л. с.

В 2009 году автомобили Мазда с роторным мотором были запрещены в Европе, поскольку выброс углекислого газа превышал существующие на тот момент нормы. В 2102 году массовое производство японских автомобилей с роторными двигателями было прекращено. На данный момент РПД от компании Mazda устанавливают только на спортивные гоночные автомобили.

Принцип работы роторного двигателя, плюсы и минусы системы

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

Содержание статьи:

Строение и принцип работы роторного двигателя

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

  • сжатие смеси;
  • топливный впрыск;
  • поступление кислорода;
  • зажигание смеси;
  • отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом: в первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается. После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.

Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

Принцип работы роторного двигателя

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Роторный двигатель в разрезе Ротор роторного двигателя Камера роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси. На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа. В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Сгорание
  • Выпуск

Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал роторного двигателя

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.

Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.

Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.

Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.

Преимущества роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-х цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-х цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти . Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.

Неспешность

В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.

Малые габариты + высокая мощность

Компактность системы вместе с высоким КПД (сравнительно с обычным ДВС) позволяет из миниатюрного 1,3-литрового мотора выдавать порядка 200-250 л.с. Правда, вместе с главным недостатком конструкции в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных моторов

Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:

  • Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
  • Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
  • Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
  • Роторные двигатели в силу конструкции ограничены в ресурсе — в среднем это порядка 60-80 тыс. км

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л.с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб, однако проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Разные конструкции и разработки роторных двигателей

Двигатель Ванкеля

Двигатель Желтышева

Двигатель Зуева

Перспективы применения роторно-поршневых двигателей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Одной из альтернатив автомобильному двигателю внутреннего сгорания является роторно-поршневой двигатель (РПД), который часто называют по имени его изобретателя - двигателем Ванкеля. Феликс Ванкель - гениальный изобретатель роторно-поршневого двигателя уже в возрасте 22 лет, в 1924 году, пришёл к идее роторно-поршневого двигателя. В 1934 году Ванкель получил свой первый патент на двигатель новой конструкции, в 1954 году он наконец-то нашёл оптимальную конфигурацию камеры сгорания РПД, которая принципиально не изменилась до нашего времени (рис. 1).

Один из первых двигателей, созданных Ванкелем (DKM 54), имел рабочий объем 0,25 л и развивал мощность около 20 кВт при частоте вращения 17000 мин-1. Уже в 1958 увидел свет первый автомобиль с серийным РПД.

До середины 70 годов прошлого века отечественное двигателестроение обходило стороной двигатель Ванкеля. С 1976 года волжский автомобильный завод начал серийно выпускать двигатель РПД, который устанавливался преимущественно на спец иальную технику. К сожалению, после череды финансовых кризисов 1990-2000 годов работы по РПД были заморожены.

В настоящее время только компания «Mazda» серийно выпускает автомобили с двигателем Ванкеля.

Главное принципиальное преимущество роторных двигателей - это полное отсутствие возвратно – поступательных движений любого типа, а соответственно: постоянных циклических ускорений и знакопеременных инерционных нагрузок на детали двигателя. Именно подобные нагрузки не дают традиционным поршневым двигателям значительно увеличивать обороты вращения своего вала и наращивать мощность.

Второе преимущество, неразрывно связанное с первым – это прямой и непосредственный перевод простого и непрерывного вращения ротора во вращение рабочего вала двигателя. Именно такая техническая организация кинематической схемы двигателя не требует применения дополнительных механизмов для преобразования типов движения. В традиционном же поршневом двигателе для этой цели применяется громоздкий, малоэффективный и дорогостоящий кривошипно-шатунный механизм. Как следствие, роторный двигатель имеет непрерывный крутящий момент высокого значения (как у электродвигателя). В поршневых двигателях именно кривошипно-шатунный механизм выдает на рабочий вал крутящий момент, непрерывно пульсирующий от минимального до максимально возможного значения и обратно. Именно поэтому поршневые двигатели не могут работать на малых оборотах.

Это обстоятельство чрезвычайно важно в условиях современного мегаполиса и автомобильных «пробок», когда основным эксплуатационным режимом становится холостой ход.

По сравнению с поршневым Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) – роторный двигатель не нуждается в некоторых системах, а именно: специальном механизме газораспределения. кривошипно-шатунный механизм, и соответственно – в корпусных объемах картера для размещения этих систем, а так же систем распределения зажигания и глушения выхлопных газов. Следствием этого является гораздо большая, чем у поршневых двигателей удельная (на 1 кг. массы) мощность, а также относительная простота в обслуживании и ремонте.

Не смотря на указанные преимущества долгое время РПД не оказывали серьёзной конкуренции поршневым ДВС. Основной причиной этому являлось несовершенство уплотнения рабочей камеры, следствием чего являлся повышенный расход горюче-смазочных материалов и, соответственно, низкие экологические показатели. Так, упомянутый выше двигатель DKM 54 имел удельный расход топлива около 340 г/(кВт;час), что на 5-10% больше чем у поршневых двигателей тех же годов.

Кроме того, соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, создает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя. В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла.

Тем не менее, двигатель Ванкеля на наш взгляд является на настоящий момент одной из наиболее перспективных альтернатив поршневому ДВС, имеющих шансы на серийную реализацию.

Одним из оснований для такого утверждения являются достижения фирмы Mazda, чей роторно-поршневой двигатель «Renesis» [1] признан двигателем 2003 года. Автомобиль RX-8 с этим двигателем удовлетворяет нормам токсичности Euro-4 и при более чем вдвое увеличенной номинальной частоте вращения вала двигателя моторесурс этого РПД не уступает ресурсу тронкового двигателя. Вместе с тем, резервы для дальнейшего снижения эксплутационного расхода роторно-поршневыми двигателями еще не исчерпаны. Эти резервы связаны, в значительной мере, с возможностью повышения топливной экономичности двигателя при его работе на частичных нагрузках.

Широко распространенный способ снижения расхода топлива в поршневых ДВС посредством увеличения коэффициента избытка воздуха мало приемлем для роторных двигателей. Это связано с особенностью камеры сгорания РПД. Наличие защемленных зон на периферии камеры сгорания приводит к замедлению скорости сгорания топлива даже при стехеометрических составах смеси [2]. Обеднение смеси ещё более усугубит этот процесс, и повлечёт за собой повышение неравномерности сгорания и увеличению в составе отработавших газов доли несгоревших углеводородов.

Таким образом, одним из основных путей повышения топливной экономичности РПД является устранение недогорания топлива в камеры сгорания.

Наиболее распространенным решением указанной проблемы является оптимизация мест расположения свечей зажигания, их количества и параметров системы зажигания. Так, например, за счет применения двух свечей зажигания удается примерно на 6% сократить расход топлива, и соответственно, уменьшить выбросы токсичных компонентов с отработавшими газами. В целях повышения мощности и некоторого снижения расхода топлива компания Mazda применяла даже систему зажигания с 3 свечами зажигания на двигателе R26B [3]. Дополнительная свеча воспламеняла топливовоздушную смесь в области, прилегающей к задней вершине ротора, увеличивая скорость сгорания смеси.

Другим способом уменьшить недогорание топлива является расслоение заряда. На практике расслоение заряда в камере сгорания осуществляется таким образом, чтобы в ту часть камеры, в которую пламя не может проникнуть, попадала бы, по возможности, максимально обедненная топливовоздушная смесь.

В Волгоградском государственном техническом университете в течение ряда лет ведутся исследования возможностей расслоения заряда указанным выше образом за счет применения так называемого фазированного впрыскивания топлива во впускной трубопровод, при котором начальный и конечный моменты подачи топлива форсункой согласованы с моментами открытия и закрытия впускного окна и с частотой вращения ротора. Как показывает опыт, применение фазированного впрыскивания позволяет снизить удельный расход топлива на 15%.

Одним из перспективных способов улучшения эксплуатационных характеристик ДВС является изменение рабочего объема. Особенности конструкции и кинематики ротора РПД таковы, что изменить рабочий объем можно только косвенно, например, отключением части цилиндров или пропуском части рабочих циклов. При отключении части рабочих циклов оставшиеся в работе циклы для сохранения эффективной мощности двигателя должны обладать большим индикаторным КПД, что в итоге приводит к снижению расхода топлива.

В Волгоградском государственном техническом университете были теоретически и экспериментально изучено[4] влияние отключения циклов на изменение удельного расхода топлива РПД, работающего с пропуском части рабочих циклов с системой фазированного впрыскивания топлива во впускной трубопровод. Исследования показали, что отключение циклов приводит к снижению расхода топлива лишь в некотором диапазоне нагрузочных режимов. Для испытанного двигателя ВАЗ-311 снижение удельного расхода топлива, зафиксированное в экспериментах, составило 13% .

Весьма перспективным направлением снижения токсичности в РПД является применение альтернативных топлив, в первую очередь, газообразных. Так, например, компании Mazda выпустила в серийное производство автомобиль RX – 8 Hydrogen RE, работающий и на водороде и на бензине. Использование водорода в качестве моторного топливо позволило японским инженерам полностью избавиться от содержания в выхлопных газах оксида углерода СО2. При этом мощность двигателя составила 80 кВт, что меньше чем у аналогичного двигателя, работающего на бензине (145 кВт). Объяснение этому в необходимости использовать сильно обедненную топливовоздушную смесь для снижения температуры сгорания, от которой, главным образом, зависит содержание в выхлопных газах оксида азота NOx. Необходимо отметить тот факт, что двигатель Ванкеля более приспособлен к работе на водороде чем поршневой двигатель, вследствие снижения риска калильного зажигания.

Одним из недостатков применения водорода в качестве моторного топлива является его высокая текучесть. При попадании в машинное масло водород окисляется и образует воду, что может вызвать появление коррозии на элементах двигателя.

Другим способом применения водорода является его использование в качестве дополнительного топлива при организации расслоения топливовоздушной смеси. При такой организации рабочего процесса основное топливо (обедненная бензовоздушная или газовоздушная смесь) подается непосредственно в камеру сгорания, а порция водорода впрыскивается в зону межэлектродного зазора свечи зажигания. Это позволяет существенно снизить запас водорода, хранимого на борту автомобиля, снизив тем самым затраты на использование газа.

Всё вышесказанное показывает, что обладая существенным потенциалом, двигатель Ванкеля является в настоящее время одной из реально существующих альтернатив традиционному поршневому двигателю.

Литература:

1. Masaki Ohkubo, Seiji Tashima, Ritsuharu Shimizu, Suguru Fuse and Hiroshi Ebino Developed Technologies of the New Rotary Engine (RENESIS)//SAE Paper. 2004. – № 2004-01-1790.

2. Злотин Г. Н. Особенности рабочего процесса и пути повышения энергетической эффективности роторно-поршневых двигателей Ванкеля: монография/ Г. Н. Злотин, Е. А. Федянов.– Волгоград: Изд-во ВолгГТУ.– 2010.

3. Ritsuharu Shimizu, Tomoo Tadokoro, Toru Nakanishi, and Junichi Funamoto Mazda 4-Rotor Rotary Engine for the Le Mans 24-Hour Endurance Race//SAE Paper. 1992. – № 920309

4. Злотин Г.Н. Эффективность метода отключения циклов на роторно-поршневом двигателе Ванкеля [Текст] / Г.Н. Злотин, Е.Б. Морщихин, С.Н. Шумский, Е.А. Федянов – журн. «Двигателестроение» – 2006.– №4.– С. 12-14.

Основные термины (генерируются автоматически): двигатель, DKM, роторно-поршневой двигатель, удельный расход топлива, камера сгорания, поршневой двигатель, снижение расхода топлива, внутреннее сгорание, Волгоградский государственный технический университет, впускной трубопровод.

Роторный двигатель - Energy Education

Рисунок 1. Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. [1]

Роторные двигатели или Двигатели Ванкеля - это тип двигателя внутреннего сгорания, наиболее часто используемый в Mazda RX-7, который преобразует тепло от сгорания топливовоздушной смеси под высоким давлением в полезную работу для остальной части машина. Его уникальной особенностью является треугольный ротор, который выполняет те же задачи, что и поршень поршневого двигателя, но совсем другим образом. [2]

Ротор заключен в корпус овальной формы и выполняет обычный четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания, как показано на рисунке 1. Ротор соединен с выходным валом, который вращается в 3 раза быстрее, чем ротор (внутренний круг обозначен буквой «B» на рисунке). Этот цикл описан ниже и повторяется 3 раза по для каждого вращения ротора: [2]

  1. Впуск : запускается, когда кончик ротора проходит через впускной канал.В этот момент камера имеет самый маленький размер, и по мере вращения камера расширяется, втягивая топливно-воздушную смесь. Как только конец ротора проходит через впускной канал, он переходит к стадии сжатия, а следующая поверхность ротора начинает этот шаг заново.
  2. Сжатие : По мере того как ротор продолжает вращаться, топливно-воздушная смесь сжимается, поскольку камера уменьшается в размерах. Это необходимо для следующей детали, которая воспламеняет эту смесь.
  3. Зажигание : Сжатая смесь воспламеняется свечами зажигания, и значительное увеличение давления заставляет ротор расширяться.Это силовой ход, обеспечивающий полезную работу. Часто необходимы две свечи зажигания, чтобы обеспечить равномерное зажигание по всей камере. Выхлопной газ расширяется в камеру, пока кончик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.
  4. Выхлоп : Как только наконечник проходит через это отверстие, выхлопные газы под высоким давлением могут проходить через выпускное отверстие. Ротор продолжает вращаться, пока конец его поверхности не пройдет через выпускное отверстие, а кончик не пройдет через впускное отверстие, и цикл повторяется.

Интересная часть этого цикла состоит в том, что каждый шаг выполняется в одно и то же время , только в разных камерах.Это дает три рабочих хода на каждый оборот ротора.

Отличия от поршневого двигателя

Помимо различных методов завершения четырехтактного цикла, роторные двигатели имеют другие преимущества и недостатки по сравнению с более распространенными поршневыми двигателями: [2]

  • Меньше движущихся частей : Двухроторный роторный двигатель имеет три движущихся части - два ротора и выходной вал, в то время как у обычных поршневых двигателей их не менее 40.Это повышает надежность роторных двигателей.
  • Более плавный : ротор постоянно вращается в одном направлении, в отличие от поршневых двигателей, поршни которых резко меняют направление. Они также уравновешены грузами, которые уменьшают внутренние вибрации. Подача мощности также более непрерывна из-за трех тактов на каждый оборот ротора.
  • Медленнее : ротор вращается со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, поэтому основные движущиеся части движутся медленнее, чем в поршневом двигателе.Это повышает надежность.

Недостатки

Затраты на производство могут быть выше из-за меньшей популярности этих двигателей. Они также обычно потребляют больше топлива, чем другие двигатели, из-за их низкой степени сжатия и, следовательно, имеют более низкий термический КПД, что затрудняет соблюдение ими норм выбросов.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Анимированные двигатели - Gnome Rotary

Gnome Rotary Engine

Gnome был одним из нескольких роторных двигателей , популярных на истребителях. во время Первой мировой войны.В этом типе двигателя коленчатый вал установлен на самолет, при этом картер и цилиндры вращаются вместе с пропеллер.

Gnome был уникален тем, что впускные клапаны располагались внутри поршни. В остальном этот двигатель использовал знакомый четырехтактный двигатель Otto. цикл. В любой момент каждый из цилиндров находится в отдельной фазе. цикла. В следующем обсуждении рассмотрим главный цилиндр . с зеленым шатуном.

Впуск

Во время этой части хода в цилиндре образуется разрежение, принудительное открытие впускного клапана и всасывание топливовоздушной смеси из картер.

Сжатие

На этом этапе смесь сжимается. Свеча зажигания загорается в сторону конец такта сжатия, чуть раньше top dead центр.

Мощность

Здесь происходит рабочий ход. Обратите внимание, что выпускной клапан открывается. рано - задолго до нижней мертвой точки .

Выхлоп

У этого двигателя довольно длинный ход выхлопа. В целях повышения мощности или эффективности, фазы газораспределения двигателя часто отличаются от тех, которые можно было бы ожидать.


Когда я впервые узнал, как работают эти двигатели, я подумал, что Единственный сумасшедший человек, чем конструктор двигателя, был тот, кто заплатил деньги за это. На первый взгляд это кажется смешным назад .

Тем не менее, ряд двигателей был спроектирован таким образом, включая Gnome, Gnome Monosoupape, LeRhone, Clerget, и Bentley . Оказывается, были веские причины для комплектации:

  • Баланс

    Обратите внимание, что картер и цилиндры вращаются по одной окружности, в то время как поршни вращаются по другому, смещенному кругу.Относительно двигателя точки крепления, возвратно-поступательные детали отсутствуют. Это означает, что нет нужен тяжелый противовес.

  • Воздушное охлаждение

    Поддержание охлаждения двигателя было постоянной проблемой для ранних двигателей дизайнеров. Многие прибегали к тяжелым системам водяного охлаждения. Воздушное охлаждение есть вполне подходит для роторных двигателей, так как цилиндры всегда в движение.

  • Без маховика

    Картер и цилиндры обеспечены более чем адекватно импульс для сглаживания импульсов мощности, устраняя необходимость за тяжелый маховик.

Все эти факторы обеспечили роторным двигателям лучшую удельную мощность. соотношение любой конфигурации в то время, что делает их идеальными для использования в истребителях. Конечно, были недостатки, так как скважина:

  • Гироскопический эффект

    Тяжелый вращающийся объект сопротивляется попыткам нарушить его ориентацию ( игрушечный гироскоп хорошо демонстрирует эффект). Это сделало самолет сложно маневрировать.

  • Общая потеря Масляная система

    Центробежная сила выбрасывает смазочное масло после его первого поездка через двигатель.Обычно это было касторовое масло, которое можно было легко сочетается с топливом. Таким образом, дальность полета самолета была ограничено количеством масла, которое он может нести, а также топлива. Большинство обычных двигателей постоянно рециркулируют относительно небольшой запас масла.

Большая часть моей информации о Gnome была получена из Air board Technical Примечания 7

Руководство для начинающих: что такое роторный двигатель (и как он работает)?

Роторное и поршневое

PROS
• Природа двигателя означает, что гораздо меньший рабочий объем может производить значительно больше мощности, чем поршневой двигатель сопоставимого размера - Mazda RX-8 технически имеет 1 балл.3 литра, но мощностью около 230 л.с.

• Двигатели физически намного меньше, легче и имеют меньше движущихся частей, которые могут выйти из строя.

• Из-за характера двигателя они внутренне сбалансированы - роторы действуют как вращающиеся противовесы, поэтапно компенсирующие друг друга. Это означает, что вибрации меньше, поэтому двигатель работает более плавно и будет раскручиваться до более высоких оборотов (10000 об / мин отнюдь не является чем-то неслыханным) без повреждений.

МИНУСЫ
• Роторные двигатели менее экономичны, чем их аналоги с поршневыми двигателями, поскольку они менее эффективны с точки зрения теплового воздействия.

• Выбросы низкие из-за частичного совпадения событий впуска и выпуска, и ни одно из них не соответствует действующим нормам.

• Наконечники ротора, также известные как уплотнения вершины, подвергаются огромным нагрузкам и склонны к выходу из строя - это была огромная проблема для старых моделей Wankels, и ее еще предстоит полностью решить в современных вариантах.

• Высокий расход масла из-за необходимости поддерживать внутреннюю смазку роторов и уплотнений.

• Из-за небольшого эксцентриситета вала по сравнению с ходом коленчатого вала роторные двигатели имеют небольшой крутящий момент по сравнению с обычным двигателем на низких оборотах.

Mazda - крупнейший производитель роторных двигателей и единственный производитель, использующий их с конца 1970-х годов. General Motors разрабатывала свою собственную более 40 лет назад, но законы о смоге и первое нефтяное эмбарго в 1973 году заставили их отказаться от нее до того, как она была завершена для производства. NSU и Citroen в Европе продавали автомобили в небольших количествах, а Hercules, Norton и Suzuki производили мотоциклы, но никто не производил столько, сколько Mazda. Mazda Cosmo впервые появилась с роторным двигателем в 1965 году, за ним последовали R100, R130, RX-2, RX-3, RX-7, Luce, Rotary Pickup Truck, RX-7 и, наконец, RX-8, выпускавшийся до тех пор, пока 2012 г.

Недавно было проведено исследование производства небольших роторных двигателей для питания генераторной части гибрида, благодаря их компактным размерам и плавности хода. Считается, что, работая с постоянной скоростью для выработки энергии, двигатель Ванкеля может, наконец, решить проблемы с топливной экономичностью и выбросами.

Схема, показывающая циклы роторного двигателя [45].

Контекст 1

... Однако дизайн будущих, современных, эффективных и экологически безопасных транспортных средств потребует, помимо прочего, значительных улучшений в системах трансмиссии.Чтобы определить текущее состояние технологий и то, как легковая автомобильная промышленность использует инновации для продвижения энергоэффективных и экологически чистых решений, а также какие будущие тенденции можно выделить из текущих событий и направлений исследований в отрасли, в этой статье представлен общий обзор соответствующая рецензируемая и научная литература, за которой следует резюме исследования и важные выводы в заключении. Тем не менее, объем предмета данной статьи обширен, а длина обзора ограничена.Таким образом, простого обзора определенных тем в области энергетики и окружающей среды, применимых к автомобильной промышленности, должно быть достаточно, включая ограниченные цитаты, чтобы читатель мог глубже понять их. По общему признанию, выбор покрытия субъективен. Однако повсюду особое внимание уделяется возможностям для исследований и разработок (НИОКР). В конце 19 века инновации в технологиях ДВС открывали новые возможности для применения этого нового источника энергии способами, которые могли бы помочь перемещать людей и материалы.К концу года двигатель внутреннего сгорания стал наиболее многообещающей новой технологией для обеспечения более легкой транспортировки, а также таких способов транспортировки, как воздушный полет, которые в противном случае были бы невозможны [1]. Эффективность ранних разработок была более важна для повышения производительности, чем для экономии топлива [2], но в этот период произошли некоторые важные разработки, которые будут иметь важные последствия для будущих направлений в более эффективных конструкциях и эксплуатации двигателей [3].Эффективность современного ДВС измеряется удельным расходом топлива на тормоз (BSFC). Экономия топлива двигателя обычно выражается как BSFC, отношение массы топлива, потребляемого на единицу механической работы, производимой валом двигателя. Относительные значения BSFC включают конкретные условия эксплуатации, которым подвергается двигатель. В течение только что завершившегося десятилетия наиболее экономичный (то есть минимальный) BSFC составлял около 0,27 кг / кВтч для бензинового двигателя SI, в то время как для дизельных двигателей CI он был ниже, около 0.20 кг / кВтч [4]. Двигатели внутреннего сгорания также сделают другие повороты в эволюции, которые повлияют на BSFC, включая стандартный поршневой двигатель, а также инновационный, но требовательный к топливу роторный двигатель, которые будут рассмотрены позже. В середине 19 века был разработан ряд так называемых свободнопоршневых атмосферных двигателей на основе принципа, впервые продемонстрированного швейцарским инженером Исааком де Ривазом в 1827 году [5]. В этих ранних моделях использовался поршень, который был прикреплен к длинной зубчатой ​​рейке, которая перемещалась снизу под действием силы расширения газа в результате горения, техника, которая обеспечивала движение без ограничений [5].Частичный вакуум, который был создан во время этой фазы работы, вынудил поршень вернуться в исходное положение и завершить рабочий ход. На рубеже 20-го века и позже поршневой ДВС стал предпочтительной силовой установкой в ​​легковых автомобилях, почти все из миллиарда автомобилей, произведенных в мире в течение 20-го века, были оснащены четырехтактными двигателями, работающими на бензине. ДВС [6]. Сердцем двигателя является поршень, который движется вперед и назад внутри цилиндра за четыре цикла или «тактов».Четырехтактный поршневой цикл работает следующим образом: 1). На первом такте (так называемом «такте впуска» или «всасывания») поршень опускается, заполняя цилиндр смесью воздуха и бензина, всасываемой через открытый впускной клапан. ; 2). На втором такте («сжатие») поршень поднимается, поскольку впускной клапан закрывается, тем самым сжимая смесь бензин / воздух; 3). На предпоследнем такте («мощность») поршень снова опускается вниз, поскольку смесь бензина и воздуха воспламеняется и взрывается; и, 4).На последнем такте («выпуске») поршень снова поднимается, выталкивая отработанные газы из открытого теперь выпускного клапана. Этот четырехтактный поршневой цикл показан на рисунке 1. Менее распространенный, чем версия с поршневым приводом, двигатель Ванкеля, тем не менее, использовался в нескольких коммерческих приложениях. Как показано на Рисунке 2 ниже, двигатель Ванкеля имеет ротор с тремя точками, который соединен с карданным валом. Ротор вращается в камере, которая плотно прилегает к корпусу и имеет слегка овальную форму; Эта конфигурация создает правильные условия для приложения рабочего хода к каждой из трех сторон ротора, когда они проходят мимо единственной свечи зажигания двигателя [5].В некоторых конфигурациях два или даже более роторов устанавливаются коаксиально; однако в этих схемах рабочие такты должны быть рассчитаны по времени последовательно. Хотя двигатель Ванкеля обычно весит примерно на 25 процентов меньше, чем двигатели с поршневым приводом, поскольку он имеет только две движущиеся части (т. Е. Ротор и выходной вал), уровни расхода топлива для этих типов роторных двигателей высоки, а выбросы выхлопных газов также относительно высокое содержание загрязняющих веществ по сравнению с поршневыми двигателями. Описание работы роторного двигателя, предоставленное ассоциацией Mazda RX7 [7], указывает, что: 1).Роторный двигатель работает на сжатии поступающего воздуха, который в это время смешивается с бензином. 2). На пике сжатия свечи зажигания загораются, зажигая сжатый газ и обеспечивая мощность двигателя. 3). Выхлоп выходит из двигателя, и процесс повторяется. 4). Благодаря своей конструкции роторный двигатель может генерировать гораздо больше оборотов в минуту, чем стандартный поршневой двигатель, и они очень долговечны [7]. В среднем частота вращения двигателей Ванкеля составляет около 5 500 об / мин. NSU Ro80 был первым серийным автомобилем, в котором использовался двигатель Ванкеля; тем не менее, этой серийной версии предшествовал открытый двухместный экспериментальный прототип (NSU Spyder).В то время как лицензии на двигатель Ванкеля были приобретены Alfa Romeo, Peugeot-Citroën, Daimler-Benz, Rolls-Royce, Toyota, Volkswagen-Audi и другими, базирующаяся в Японии Mazda была единственным современным производителем легковых автомобилей, использующим двигатель Ванкеля. двигатель с существующим серийным автомобилем. На протяжении многих лет проводились исследования по использованию двигателей Ванкеля для самолетов и была произведена ограниченная версия мотоцикла с двигателем Ванкеля, но эти инициативы не вызвали большого интереса [5]. По словам этих исследователей, в то время как Ванкель стал директором своего собственного исследовательского центра в Линдау, на Боденском озере на юге Германии, Mazda продолжала совершенствовать роторный двигатель, и к моменту смерти Ванкеля в 1988 году купе Mazda RX-7 превратилось в автомобиль. успешный, если не самый продаваемый спортивный автомобиль с двигателем Ванкеля.Однако во всех случаях улучшение соответствующих показателей BSFC как роторных двигателей, так и поршневых двигателей различных типов стало предметом все большего количества исследований и разработок в ответ на стремительный рост затрат на энергию и растущий потребительский спрос, особенно со стороны растущих экономических центров, таких как Китай. , Индия, Бразилия и Малайзия. Таким образом, преобладающим силовым агрегатом остается бензиновый четырехтактный двигатель с искровым зажиганием в подавляющем большинстве современных легковых автомобилей, который более экономичен, чем их двухтактные аналоги, а также выделяет меньше вредных веществ.Уравновешивание этого углеродного следа, однако, заключается в том, что транспортные средства с двухтактным двигателем, такие как мотоциклы, легче и, следовательно, требуют меньшего количества топлива для работы и дешевле в производстве, чем их четырехтактные аналоги во всех моделях легковых автомобилей [4]. . Чтобы рассмотреть эту тему в перспективе, по состоянию на 1966 год расходы на шины для легковых автомобилей составляли приблизительно 100 миллионов фунтов стерлингов (сто миллионов британских фунтов стерлингов) [8]. В сегодняшнем денежном выражении такие затраты были бы экспоненциально выше даже с поправкой на инфляцию.Все, что снижает оптимальные характеристики транспортного средства на проезжей части, снижает топливную эффективность, а трение всех типов всегда было проклятием для автомобильных инженеров. Несмотря на связанные с этим проблемы, количество задействованных шин (около миллиарда с лишним в любой момент) означает, что даже небольшое улучшение характеристик шин легковых автомобилей может привести к экономии миллионов баррелей нефти вместе с сопутствующее сокращение выбросов парниковых газов.Характеристики шин - это мера коэффициента трения, который представляет собой отношение силы трения к нормальной силе, вызывающей скольжение, выраженное безразмерным значением (т. Е. Мера силы трения, возникающей между протекторами резиновой шины и поверхностью дороги. делится на нагрузку, действующую на шину [9]. В настоящее время легковые автомобили и легкие грузовики обеспечивают большую часть пассажирских перевозок, и большинство этих типов транспортных средств используют легковые шины. По данным Транспортного исследовательского совета США, большинство фургонов и пикапов , а внедорожники, которые федеральное правительство классифицирует как легкие грузовики, считаются легковыми автомобилями [9].Несмотря на технологические инновации, которые позволили создать шины с более длительным сроком службы, чем три десятилетия назад или около того, шины для легковых автомобилей по-прежнему требуют замены каждые несколько лет в результате естественного износа и примерно 200 миллионов новых ...

Контекст 2

... более распространенный, чем версия с поршневым приводом, двигатель Ванкеля, тем не менее, использовался в нескольких коммерческих приложениях. Как показано на Рисунке 2 ниже, двигатель Ванкеля имеет ротор с тремя точками, который соединен с карданным валом....

Схема исследуемого роторно-поршневого двигателя. (а) Схема ...

Контекст 1

... показанная на рисунке 1 (а), ротор разделен на 24 камеры, по 12 с каждой стороны ротора. Каждую камеру разделяют 12 осевых лопаток. ...

Контекст 2

... одинаковые места предусмотрены на противоположном кулачке, и синусоидальный профиль повторяется на переднем и заднем кулачках. На рис. 1 (b) показаны фиксированные положения портов форсунок, помимо впускных и выпускных отверстий....

Контекст 3

... достигается, когда лопатки, которые образуют стороны каждой камеры сгорания, следуют по синусоидальной штифтовой дорожке в корпусе, как показано на рисунке 1 (c). Торцы корпуса снабжены титановыми передним и задним кулачками. ...

Context 4

... при каждом обороте ротора лопатки перемещаются синусоидально от минимальной длины до максимальной высоты кулачка (примерно 23 мм) для сторон каждой камеры сгорания.Лопатки всегда остаются в контакте с кулачком и стенкой корпуса, образуя 24 герметичные камеры сгорания, как показано на рисунке 1 (d). ...

Контекст 5

... турбулентная скорость цилиндра уменьшалась почти до конца такта сжатия, повышалась до ВМТ и снова уменьшалась в фазе расширения. На рисунке 10 представлены турбулентная скорость в цилиндре и коэффициент завихрения, усредненный по массе вдоль оси z (расстояние между поверхностью ротора и кулачком) во время такта впуска....

Контекст 6

... небольшие значения коэффициента завихрения в начале такта впуска указывают на то, что небольшого объема между кулачком и ротором недостаточно для продвижения вихревого потока внутри цилиндра. Во время такта впуска сильное взаимодействие между впускными форсунками, сталкивающимися с боковой стенкой ротора, приводит к появлению двойного вертикального потока внутри цилиндра, показанного на рисунке 11. Рисунок 13 (a) представляет расширенный двойной вихрь внутри камеры сгорания под углом 125 °. bTDC, когда высота цилиндра увеличилась и впускной канал был полностью открыт.Струя, падающая на поверхность ротора, отражалась в осевом направлении через боковую стенку и образовывала симметричный двойник по часовой стрелке и против часовой стрелки внутри камеры сгорания. ...

Контекст 7

... струя, падающая на поверхность ротора, отражалась в осевом направлении через боковую стенку и образовывала симметричный двойной вихрь по часовой стрелке и против часовой стрелки внутри камеры сгорания. Контур турбулентной скорости показан на рисунке 13 (b) вдоль той же поверхности. Максимальные значения достигаются в верхней части цилиндра возле кулачка и впускного отверстия, куда попадает струя....

Контекст 8

... напряжения сдвига и колебания скорости в верхней зоне цилиндра уменьшаются, когда впускной канал закрывается в конце такта впуска. На рисунке 14 представлены колебания турбулентной скорости и коэффициент закрутки по оси z во время такта сжатия. Двойной вихрь, полученный на такте впуска, оставался внутри цилиндра во время первой стадии такта сжатия. ...

Контекст 9

.... вихревое движение внутри цилиндра изучается в этом разделе с учетом предположения о вращении твердого тела вблизи ВМТ, когда эффекты сжатия не важны [28]. Профили тангенциальной скорости, рассчитанные путем интерполяции по семи радиальным линиям в ВМТ, представлены на рисунке 15. Радиальные линии расположены в двух разных секциях внутри барабана. ...

Контекст 10

... радиальные линии расположены в двух разных секциях внутри чаши. Первая поверхность расположена по адресу 1.5 мм от поверхности кулачка, а другая поверхность находится на половине глубины чаши (см. Рисунок 16). ...

Контекст 11

... степень радиального потока зависит от зазора между ротором и кулачком вблизи ВМТ и отношения ширины цилиндра к диаметру двигателя. Временное изменение радиальной скорости, интегрированной на поверхности ротора вокруг ВМТ, представлено на рисунке 17. Максимальное значение радиальной скорости достигается около 10 ° перед ВМТ....

Контекст 12

... значения в конце такта сжатия больше, чем на первой стадии такта расширения. На рисунке 18 представлены линии тока скорости внутри цилиндра и показано, что поток сохранил свою симметричную структуру после такта впуска из-за более низкого эффекта сжатия. На рисунке 19 представлено поле турбулентных пульсаций скорости внутри цилиндра в ВМТ с максимальным уровнем турбулентности около 0,062 вблизи периферии цилиндра....

Контекст 13

... 18 представляет линии тока скорости внутри цилиндра и указывает, что поток сохранил свою симметричную структуру от такта впуска из-за более низкого эффекта сжатия. На рисунке 19 представлено поле турбулентных пульсаций скорости внутри цилиндра в ВМТ с максимальным уровнем турбулентности около 0,062 вблизи периферии цилиндра. Поле скорости турбулентности считается однородным внутри цилиндра. ...

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Ну, вначале первый инженерный подход заключался в создании двигателя, отличающегося от архитектуры поршневого двигателя внутреннего сгорания.И первым, кто построил и запатентовал такой двигатель, был Felix Millet в 1888 году. Милле создал 5-цилиндровый роторный двигатель, встроенный в спицы заднего колеса велосипеда. Его конструкция силового агрегата была позже запущена в производство компанией Darracq в 1900 году.

Ранние типы роторных двигателей имели нечетное количество цилиндров, смещенных по радиусу (обычно 7 или 9 цилиндров, поскольку эта нечетная конфигурация приводила к более плавной работе благодаря поршню). последовательность стрельбы). Начиная с этой конструкции, сначала двигатель имел неподвижный блок цилиндров, который непосредственно вращал коленчатый вал, расположенный в центре, и назывался радиальным двигателем.Теперь с винтом, прикрепленным к вращающемуся коленчатому валу, радиальный двигатель получил широкое применение в авиастроении.

Однако конструкция этого радиального двигателя вызвала проблему с охлаждением, особенно при работе в неподвижном состоянии, поскольку блок цилиндров не получал достаточного воздушного потока. Решение этой проблемы с охлаждением пришло в виде реверсирования роли вращающейся детали из ансамбля, то есть теперь коленчатый вал был прикреплен болтами к шасси, а пропеллер вращался вместе со всем блоком цилиндров.Так родился роторный двигатель . Положительным моментом было то, что охлаждение двигателя было улучшено, но недостатком было то, что самолет стал нестабильным и им было труднее управлять.

К началу 1920-х роторные двигатели (которые находили применение в основном в авиастроении) устарели, и интерес к дальнейшим разработкам двигателей этого типа резко упал. Но не все было потеряно для роторного двигателя, поскольку немецкий инженер Феликс Ванкель изобрел вращающуюся конструкцию в 1957 году, в которой использовался ротор треугольной формы, вращающийся внутри овального корпуса.Поскольку в конструкции не используются поршни, как в поршневом двигателе, роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля считается одним из типов роторных двигателей без поршней. Исследования роторных двигателей действительно начались в 1960-х годах, но только японскому автомобилестроителю Mazda удалось успешно модифицировать его и интегрировать в фирменный стиль бренда, став единственным производителем автомобилей, способным выйти на массовое производство. Итак, как это работает

Роторный двигатель Ванкеля - это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется тот же принцип преобразования давления во вращательное движение, но без вибраций и механических нагрузок при высоких скоростях вращения поршневого двигателя.Доктор Феликс Ванкель и его коллеги получили конструкцию корпуса двигателя, выполнив следующие шаги: сначала они закрепили внешнее зубчатое колесо на белом листе и сцепили его с более крупным внутренним зубчатым колесом; с соотношением между двумя передачами 2: 3. Затем они прикрепили руку с ручкой к внешней стороне большего зубчатого колеса с внутренними зубьями. При повороте внутреннего зубчатого колеса на малой шестерне ручка образовывала трохоидную кривую в форме кокона.

Двигатель Ванкеля работает в том же 4-тактном цикле, что и поршневой двигатель с возвратно-поступательным движением, при этом центральный ротор последовательно выполняет четыре процесса впуска, сжатия, зажигания (сгорания) и выпуска внутри трохоидной камеры.Таким образом, хотя оба типа двигателей полагаются на давление расширения, создаваемое сгоранием топливно-воздушной смеси, разница между ними заключается в том, как они используют его, чтобы преобразовать его в механическую силу. В роторном двигателе внутреннего сгорания это давление расширения прилагается к боковой поверхности ротора. Из-за треугольной формы ротора внутреннее пространство корпуса всегда будет разделено на три рабочие камеры. Это принципиально отличается от поршневого двигателя, где в каждом цилиндре происходят четыре процесса.Первоначальная конструкция

Ванкеля имела внешнее зубчатое колесо с 20 зубьями, в то время как более крупное внутреннее зубчатое колесо имело 30 зубцов. Из-за этого передаточного числа частота вращения между ротором и валом определяется как 1: 3 . Это означает, что в то время как меньшая шестерня совершает один оборот, большая шестерня с внутренними зубьями вращается три раза. Поскольку эксцентриковый вал , который аналогичен коленчатому валу в поршневом двигателе, соединен с меньшей зубчатой ​​передачей, это означает, что с двигателем, работающим со скоростью 3000 об / мин, ротор будет вращаться только со скоростью 1000 об / мин.Это не только означает, что роторный двигатель внутреннего сгорания работает более плавно, но также позволяет достичь более высокой красной черты.

Рабочий объем роторного двигателя обычно выражается единичным объемом камеры и количеством роторов (например, 654 см3 x 2). Единичный объем камеры представляет собой разницу между максимальным объемом и минимальным объемом рабочей камеры, в то время как степень сжатия определяется как соотношение между максимальным объемом и минимальным объемом.

Мы рекомендуем вам внимательнее ознакомиться с диаграммами и трехмерным анимационным видео Мэтта Риттмана в конце руководства, чтобы лучше визуализировать и понять режим работы двигателя Ванкеля. Плюсы и минусы двигателя Ванкеля
Первое, что в пользу двигателя Ванкеля - его малый размер и легкая конструкция . Это может оказаться решающим при разработке легкого автомобиля с высокой выходной мощностью и небольшим объемом двигателя. Он также обеспечивает улучшенную конструкцию защиты от столкновений , больше рабочего пространства для аэродинамики или отсеков для хранения вещей и лучшее распределение веса .

Второй благоприятной чертой роторного двигателя внутреннего сгорания является его плоская кривая крутящего момента во всем диапазоне скоростей. Результаты исследований показали, что при использовании конфигурации с двумя роторами колебания крутящего момента во время работы были на одном уровне с рядным 6-цилиндровым поршневым двигателем, в то время как схема с тремя роторами оказалась более плавной, чем поршневой двигатель V8.

Другими преимуществами роторного двигателя внутреннего сгорания являются простая конструкция, надежность и долговечность .Из-за отсутствия поршней, штоков, исполнительного механизма клапана, ремня газораспределительного механизма и коромысла двигатель легче построить, и для него требуется гораздо меньше деталей. Кроме того, из-за отсутствия этих компонентов двигатель Ванкеля более надежен и долговечен при работе с высокими нагрузками. И помните, когда роторный двигатель работает со скоростью 8000 об / мин, ротор (который составляет большую часть всей совокупности) вращается только на одну треть от этой скорости. Недостатки
двигателя Ванкеля включают несовершенное уплотнение на концах камеры, которое учитывается на утечку между соседними камерами, и несгоревшую топливную смесь.Роторный двигатель внутреннего сгорания также на имеет продолжительность хода на 50% больше по сравнению с поршневым двигателем. Работа двигателя также допускает увеличение количества окиси углерода и несгоревших углеводородов в потоке выхлопных газов, что делает его очевидным изгоем среди любителей деревьев.

Самым большим недостатком , однако, является значительный расход топлива . Сравнительные тесты показали, что Mazda RX8 потребляет больше топлива, чем более тяжелый двигатель V8 с рабочим объемом двигателя более чем в четыре раза, но с сопоставимыми характеристиками.Еще одним недостатком является то, что небольшое количество масла попадает в рабочую камеру, и в результате владельцы должны периодически добавлять масло, что увеличивает эксплуатационные расходы. Вклад Mazda в двигатель Ванкеля

Mazda представила первый в мире автомобиль с двухроторным роторным двигателем в мае 1967 года - модель Cosmo Sport / Mazda 110S . Он был оснащен двигателем Ванкеля объемом 491 куб.см, который развивал 110 л.с. при 7000 об / мин. В 1970 году Mazda представила первую автоматическую коробку передач с двигателем Ванкеля, а три года спустя - первый в мире пикап с роторным двигателем.

После внедрения шестипортовой впускной системы для большей экономии топлива и мощности Mazda продолжила разработку роторного двигателя внутреннего сгорания для достижения низких выбросов. Индукционная система с шестью портами имела по три впускных отверстия на камеру ротора и позволяла снизить расход топлива за счет трехступенчатого управления. Еще одним примечательным событием стало внедрение двухступенчатого монолитного катализатора .

Следующая эра в эволюции двигателей Ванкеля Mazda ознаменовалась введением турбонагнетателей.В 1982 году Cosmo RE Turbo поступил в продажу как первый в мире автомобиль с роторным двигателем, оснащенный турбонагнетателем. Опираясь на это достижение, Mazda позже применила турбонаддув с двойной прокруткой, чтобы минимизировать турбо-лаг двигателя.

Однако ключевым нововведением Mazda стала презентация двигателя RENESIS, который означает ГЕНЕЗИС RE (роторный двигатель). RENESIS - это двигатель объемом 654 куб. См x 2, который развивает мощность 250 л.с. при 8500 об / мин и 216 Нм крутящего момента при 5500 об / мин. Помимо плавной работы двигателя и четкого отклика, двигатель RENESIS обеспечивает значительные улучшения с точки зрения топливной экономичности и выбросов выхлопных газов.RENESIS от Mazda получил награды «Международный двигатель года» и «Лучший новый двигатель» в 2003 году. Вдохновленная международным успехом RENESIS, Mazda представила новый двигатель Ванкеля, способный работать как на водороде, так и на бензине. Однако этот водородный двигатель RE не смог вызвать такой же интерес, как бензиновый, возможно, из-за отсутствия водородной инфраструктуры в то время. В мае 2007 года японский производитель автомобилей Mazda отметил 40-летие разработок двигателя Ванкеля.

Роторный двигатель внутреннего сгорания RENESIS следующего поколения уже находится в разработке и появился в концептуальном автомобиле Mazda Taiki. Двигатель следующего поколения обещает больший рабочий объем 1600 куб. См (800 куб. См x 2), что, как ожидается, увеличит крутящий момент на всех оборотах двигателя и увеличит тепловую эффективность. Но, несмотря на прогресс, достигнутый в отношении выбросов выхлопных газов, выходной мощности и уплотнения рабочей камеры, двигатель Ванкеля по-прежнему будет бороться с расходом масла и топлива из-за его особой конструкции функционирования.

Роторные двигатели - обзор

7.3.1 Проблема с водородом

В целом водород представляет собой идеальное решение. Это также хорошее топливо для двигателей внутреннего сгорания (ВС), и его выбросы в основном состоят из воды. По этой причине BMW пропагандирует это решение как альтернативу топливным элементам. Он считает, что двигатели внутреннего сгорания составляют свое основное технологическое преимущество, и не желает идти на компромисс, что неизбежно произошло бы, если бы топливные элементы были повсеместно приняты автопроизводителями.BMW утверждает, что водородные двигатели IC дают те же экологические преимущества, что и водородные топливные элементы. На практике выделяются очень низкие уровни углеводородов из-за смазочного масла, которое все еще требуется двигателю внутреннего сгорания, хотя это, вероятно, незначительно.

Более важно то, что если кислород, используемый для сжигания водорода, получен из окружающего воздуха, более высокая температура сгорания водорода неизбежно приведет к более высоким выбросам NOx, а также к более высоким тепловым потерям (Keolian, 1997: 87).Эта проблема не возникнет в топливных элементах, которые работают при гораздо более низких температурах, а также с более высоким КПД. Водород можно сжигать в существующих двигателях внутреннего сгорания с небольшими модификациями, поэтому массовый отход от существующих технологий двигателей и производственных мощностей не потребуется. BMW также предлагает использовать пустынные районы для крупномасштабного производства водорода на солнечной энергии. Однако BMW была одной из первых, кто разработал топливный элемент для питания бортовых электрических систем в своих автомобилях.Mazda сообщила в начале 1990-х годов, что ее роторные двигатели IC Ванкеля также особенно подходят для работы на водороде (Hege, 2001: 161).

Новая потребность в водороде хорошо согласуется с желанием некоторых стран перейти к «водородной экономике», которая в большинстве случаев представляет собой экономику, основанную на водороде как средстве хранения энергии, генерируемом из возобновляемых источников энергии, а не на ископаемом топливе. . Тогда это приведет к созданию экономики, основанной на изобилии энергии, но без каких-либо побочных эффектов, таких как загрязнение окружающей среды, войны на Ближнем Востоке или глобальное потепление.Исландия, изобилующая геотермальной энергией, объявила, что идет к достижению этой цели в течение нескольких десятилетий. Канада считает, что может использовать гидроэлектроэнергию для производства водорода. Другие предлагали использовать ядерную энергию. Президент США Джордж Буш также стал сторонником принципа водородной экономики, поскольку он рассматривает его как способ снижения зависимости от импортируемой нефти и сокращения производства C0 2 при сохранении энергоемкого образа жизни в США. Его инициатива Freedom Car, пришедшая на смену Партнерству Клинтона по созданию автомобилей нового поколения (PNGV), является частью стратегии реализации.

Однако независимо от того, выбираете ли вы топливные элементы или водородные двигатели внутреннего сгорания, есть некоторые проблемы, в основном связанные с производством водорода. Водород (химическая формула: H 2 ) не встречается на Земле в чистом виде в природе и обычно производится из воды или углеводородного топлива, такого как метанол. Этот процесс может быть довольно энергоемким, поэтому возникает вопрос, какой источник энергии использовать для производства водорода. Этот процесс сам по себе может загрязнять окружающую среду, особенно если используется ископаемое топливо.В настоящее время большая часть водорода производится из природного газа путем переработки пласта, и Keolian et al. (1997: 86) указывают, что эффективность этого процесса составляет 70–75%. Финансовые затраты в два-три раза превышают затраты на сырье, хотя и на уровне цен в США. Электролиз воды может иметь эффективность 75%, хотя и требует высоких затрат энергии, тогда как газификация угля с эффективностью 60–65% является самой низкой стоимостью в США. В связи с этим привлекательность недорогих природных источников энергии, таких как тепловая или гидроэнергетика, очевидна.С другой стороны, как Burns et al. (2002: 49) указывает, что, поскольку автомобили на топливных элементах, вероятно, будут почти вдвое эффективнее автомобилей с бензиновым двигателем, можно допустить значительную надбавку к цене за водород, поскольку стоимость мили будет ключом к успеху.

Водород также представляет проблемы с хранением. Существующие системы хранения, такие как резервуары со сжатым водородом или металлогидридом, громоздки, и экспериментальные водородные транспортные средства часто были фургонами, которые могли их перевозить. Проблема в том, что водород имеет только одну четверть плотности энергии бензина, поэтому для преодоления такого же расстояния требуется больше энергии (Таблица 7.2). К концу 1990-х одно направление мышления, таким образом, больше сдвинулось в сторону выработки водорода на борту транспортного средства из углеводородного топлива, такого как метанол или даже бензин. Это бортовое преобразование, при котором водород извлекается переработчиком по мере необходимости из топлива, с которым легче обращаться и хранить в автомобиле, как в двигателях внутреннего сгорания. Споры о том, что лучше - метанол или бензин, все еще продолжаются. Последний был продвинут Chrysler среди других в 1990-х годах, поскольку он позволяет сохранить существующую бензиновую инфраструктуру.Однако это не решает проблему нашей чрезмерной зависимости от скудных запасов нефти. Автомобиль Nissan на топливных элементах (FCV) использует метанол и воду, которые вступают в реакцию и выделяют водород. Метанол, одна из форм спирта, может быть извлечен из различных видов сырья.

Таблица 7.2. Относительная плотность энергии топлива (бензин / бензин = 1)

9025 905 904 0,24 902 902 902 9025 Cжатый водород
Топливо Плотность энергии
Бензин / бензин 1,00
Дизельное топливо 1.06
Этанол 0,74
Метанол 0,54
Сжиженный нефтяной газ 0,67
СПГ 0,42

Источник: Schuetzle and Glaze (1999).

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *