Конструкция роторного двигателя: Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

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

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

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

Принцип работы роторного двигателя

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

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

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

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

Mazda RX-8

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

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

Строение роторного двигателя

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

Ротор

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

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

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

Корпус (статор)

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

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

• Впуск
• Сжатие
• Рабочий такт
• Выпуск

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

Выходной вал

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

Сбор роторного двигателя

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

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

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

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

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

Мощность роторного двигателя

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

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

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

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

Впуск

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

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

Сжатие

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

Рабочий такт

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

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

Выпуск

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

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

Различия и проблемы

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

Меньше движущихся деталей

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

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

Плавная работа

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

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

Медленная работа

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

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:

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

особенности, преимущества и недостатки моторов

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

История создания роторного двигателя

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

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

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

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

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

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

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

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

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

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

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

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

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

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

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.

У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

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

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

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

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

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

Недостатки

• Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.
  

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

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

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

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

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

---

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

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Роторный двигатель — устройство, 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.

Роторно-поршневой двигатель — это… Что такое Роторно-поршневой двигатель?

Роторно-поршневой двигатель в разрезе, с ротором, изготовленным в форме треугольника Рёло

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.^[1]

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра^[2]).

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) Роторно-поршневой двигатель

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, масла — от 0,4 л до 1 л на 1000 км.

Преимущества и недостатки

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями

• низкий уровень вибраций. Роторно-поршневой двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
• главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
• Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:

1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
2. К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором — 350 л.с.)

• меньшие в 1,5-2 раза габаритные размеры.
• меньшее на 35-40 % число деталей

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, но с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Недостатки:

• Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает 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. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

• Наиболее важной проблемой считается состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.
  Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.

• Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.

• Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

• При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.

Применение

NSU Ro80.

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Spider.

Первый массовый (37 204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых^{[источник не указан 1238 дней]}; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (Россия)^[3].

Современное состояние

Инженерам фирмы Mazda, создавшим роторно-поршневой двигатель «Renesis» (производное от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей), удалось решить основные проблемы таких двигателей — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками, удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1,6 литра, и при большей мощности, нагревается меньше.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании (первые буквы от названия «Renesis») могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород (так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня). Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков.

Авиационные двигатели

В начале 50-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг авиационного инженера В. Полякова, созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ.^[4] Позднее, в 90-х годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Несмотря на ряд попыток установки двигателя Ванкеля на самолетах (опытные образцы испытывались в разных странах с 1950-х годов), он не нашел широкого применения в авиации. В настоящее время (2011) двигатель Ванкеля устанавливается на некоторые модели мотопланеров Schleicher.

См. также

Примечания

Литература

• Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия

Ссылки

РПД СССР/России

Авиационные РПД

Не оправдавший надежды — журнал «АБС-авто»

Немецкая фирма NSU оставила заметный след в истории мирового автомобилестроения благодаря созданию роторно-поршневого двигателя. Это заслуга ее инженера Феликса Ванкеля, чье имя и получил данный очень интересный мотор (РПД Ванкеля).

Немецкий период

Необходимо сразу отметить, что роторно-поршневой двигатель – это целое направление в моторостроении. Придумано огромное количество их разнообразных конструкций. Однако единственным доведенным до серийного производства представителем племени, в котором функцию поршня выполняет вращающееся тело, является именно РПД Ванкеля. Феликс Ванкель получил патент на свое изобретение в 1957 году. Первый в мире серийный автомобиль с роторно-поршневым двигателем (заднемоторный NSU Spider) начали выпускать в 1964 году, в 1967-м запустили в производство переднеприводный NSU Ro 80, завоевавший титул «Автомобиль года». А затем. NSU сошла со сцены – ее «проглотил» Volkswagen. Однако на этом развитие РПД Ванкеля не прекратилось – дело продолжила японская Mazda, причем весьма успешно. О достижениях японской компании поговорим позднее, а пока рассмотрим устройство немецкой диковинки. Предложенный Ванкелем двигатель состоял из трех основных компонентов: корпуса (в литературе его также называли картером или статором), ротора и эксцентрикового вала. Отличительной особенностью данного РПД является выполненная по эпитрохоиде внутренняя поверхность корпуса и трехгранная форма ротора. К боковой крышке корпуса прикреплена шестерня, которая при работе двигателя остается неподвижной. Другая шестерня с внутренним зацеплением соединена с ротором. Отношение количества их зубьев равно 2 : 3. Ротор через подшипник надет на эксцентрик вала и при поворачивании вала совершает сложное движение – он вращается вокруг своей оси, а та, в свою очередь, описывает окружность вокруг оси вала. Такая конструкция двигателя обеспечивает постоянное прилегание граней ротора к внутренней поверхности корпуса. При этом образуются три полости, объем которых зависит от положения вала и при его вращении периодически меняется (то увеличивается, то уменьшается). Получается как у обычного поршневого мотора, что позволяет реализовать хорошо известный четырехтактный цикл, т.е. впуск, сжатие, сгорание-расширение и выпуск. Все четыре такта в одной полости (камере) осуществляются за один оборот ротора, а камер три. Но если учесть, что эксцентриковый вал вращается в 3 раза быстрее ротора, то на один оборот двигателя приходится один рабочий такт. Следовательно, однороторный РПД можно сопоставить с одноцилиндровым 2-такт-ным или 2-цилиндровым 4-тактным мотором. Нельзя не отметить и обстоятельство, связанное с определением литража двигателя. Рабочий объем одной полости равен разности между ее максимальным и минимальным объемами, и их отношение дает степень сжатия. В обычном четырехтактном одноцилиндровом моторе количество топливовоздушной смеси, равное рабочему объему цилиндра, сжигается за два оборота коленчатого вала, а РПД с одним ротором за те же два оборота «пропускает через себя» смеси в 2 раза больше. Отсюда при равном рабочем объеме мощность роторного двигателя получается в 2 раза больше. Чтобы уравнять моторы (для удобства сравнения их характеристик), придумали выражать рабочий объем РПД двойной величиной, что вроде бы разумно. Но тут возникла путаница, так как в обращении оказались обе эти величины. Поэтому надо понимать, о чем в каждом конкретном случае идет речь. В качестве примера рассмотрим «движок» NSU Spider. Рабочий объем его камеры равен 497,5 см3; степень сжатия 8,5; мощность 54 л.с. при 6000 об/мин. Такая мощность соответствует литровому бензиновому мотору тех лет, поэтому приведенный (эквивалентный) рабочий объем рассматриваемого РПД определяют в 995 см3. Кстати, а как собирать налоги в тех странах, где ориентируются на «кубатуру» двигателей? Может быть, начислять даже не в двойном, а в тройном размере по отношению к объему полости, так как их три? Но это так, курьез. Камера сгорания у двигателя Ванкеля имеет серпообразную форму, которая весьма далека от оптимальной с точки зрения тепловых потерь. А это предопределяет повышенное потребление топлива. Не все хорошо получается и с токсичностью отработавших газов. Много неприятностей разработчикам доставило уплотнение ротора – оно получалось сложным и не обеспечивало необходимой герметичности, а также быстро изнашивалось. Потребовала к себе повышенного внимания и свеча зажигания – в силу конструктивных особенностей она не охлаждалась свежей смесью, а посему часто отказывала. Значительным событием стало появление NSU Ro 80. Автомобиль создан с максимальным использованием достоинств РПД. 115-сильный двухроторный мотор (объем камеры каждого ротора остался как у Spider, а суммарный «литраж» удвоился; эксцентрики сдвинуты друг относительно друга на половину оборота вала) расположен в переднем свесе. В результате получился просторный салон. NSU Ro 80 разгоняется до 100 км/ч за 12,8 с; достигает скорости 180 км/ч; расход топлива составляет 11,2 л на 100 км пути. Подведем промежуточный итог. По сравнению с обычным поршневым мотором той же мощности двигатель Ванкеля получается компактнее и легче, но отличается повышенным аппетитом и имеет больше проблем с экологией. Он хорошо уравновешен, однако желательно увеличить надежность и долговечность. Все сказанное относится к раннему периоду развития РПД. В дальнейшем его параметры удалось значительно улучшить, но и «шевелящие поршнями» тоже не стояли на месте и значительно продвинулись и по экономичности, и по экологичности, и по степени форсирования. В итоге реальной конкуренции со стороны РПД Ванкеля так и не получилось.

Японская эра

Появление работоспособного роторного двигателя произвело сильное впечатление на мировую научно-техническую общественность. Многие фирмы закупили лицензии. РПД Ванкеля пытались применять в авиации, на водном транспорте, для газонокосилок, использовать в качестве стационарных для привода электрогенераторов и насосов. Для установки на мотоциклы создали роторные двигатели с воздушным охлаждением. Однако, несмотря на все усилия конструкторов, особого успеха эта деятельность не принесла. Хотя не обошлось и без исключения – Mazda, купив лицензию у немцев, внесла в двигатель собственные изменения и с 1967 года начала серийно комплектовать ими свою продукцию. Первым японским автомобилем с РПД стал двухместный спортивный Mazda Cosmo Sport (110S). Его 110-сильный двигатель (2 ротора, объем каждой камеры 491 см3) позволял достигать скорости 185 км/ч. За ним последовали другие. Выпуском роторных автомобилей фирма занималась более четырех десятилетий, причем в весьма приличных количествах. Большинство моделей могли комплектоваться как роторным, так и обычным моторами. К сожалению, при таком подходе теряется одно из главных достоинств РПД – его компактность. Зато увеличивается тираж, что благоприятно сказывается на цене. Среди роторных «японцев» были и более, и менее удачные модели. Значительным успехом стало создание в 1978 году Mazda Savanna RX-7. 2-роторный 130-сильный мотор разгонял 4-местный автомобиль до 180 км/ч. Специалисты фирмы постоянно занимались совершенствованием конструкции роторного двигателя. В целом нововведения шли в том же направлении, что и у обычных моторов. На смену карбюратору пришел электронный впрыск, электронным стало и зажигание. Экспериментировали с впускными трубопроводами, применяли турбонаддув, создавали устройства дополнительной очистки отработавших газов. Вершиной достижений стал 230-сильный «движок» RENESIS для 4-дверного купе Mazda RX-8. Компания всемерно старалась привлечь внимание к роторным двигателям, в том числе участвуя в соревнованиях «24 часа Ле Мана». В 1991 году пришел большой успех – роторная Mazda 787В с бортовым номером 55 выиграла эту престижнейшую гонку.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля

Отечественная эпопея

Ротор и корпус РПД Ванкеля

Отдельная страница в истории РПД – работы по данной теме в СССР, а затем и в России. Мы лицензию не покупали – перед тем как платить деньги, надо сначала разобраться, за что. Вот мы и разбирались. А позднее оказалось, что сделали правильно – платить-то было не за что. Все фирмы, кроме Mazda, купившие лицензию, их повыбрасывали. Кроме того, любая индустриально-развитая держава, а Советский Союз, несомненно, был таковой, должна быть в курсе всех нюансов развития техники, что заставляло нас заниматься и данной тематикой. В нашей стране работы по РПД велись несколькими организациями, в том числе мото- и автостроителями. В Серпухове создали несколько моделей мотоциклов с такими моторами. Их испытывали, и они даже принимали участие в соревнованиях. Существенных успехов в роторном деле добились в Тольятти. На ВАЗе своими силами сумели разработать целое семейство двигателей мощностью от 40 до 200 л.с., причем наибольшие усилия были направлены на 120- и 140-сильные варианты. Первоначально идея заключалась в создании «бешеных» «Жигулей» примерно таким путем, как в Горьком поступали с «Волгами», оснащая их силовыми агрегатами от «Чайки». Эти автомобили предназначались для спецслужб, и они были созданы и производились в небольших количествах. Затем волжскими РПД заинтересовались авиаторы, например, была предпринята попытка установить их на легкий вертолет Ми-34. Во второй половине 1990-х годов роторные машины из Тольятти даже стали поступать в свободную продажу. Эпопея с РПД закончилась, когда на ВАЗ пришла компания Renault. Французы действовали по хорошо известному принципу: экономика должна быть экономной. Подробнее о ВАЗовских роторных изделиях и возможностях их обслуживания наш журнал рассказал в № 3/2002. В заключение вновь вернемся в Японию. В июне прошлого года Mazda выпустила последний роторный автомобиль (RX-8), и в настоящее время такие транспортные средства нигде в мире не производятся, по крайней мере, серийно. По поводу дальнейшего хода событий от пресс-службы компании поступают противоречивые сведения. Так и должно быть – фирма подогревает интерес к своей продукции. Попробуем порассуждать о перспективах РПД Ванкеля. В последние десятилетия направление развития мирового моторостроения в основном задавалось законодателями, которые, стараясь угодить избирателям (и это хорошо), принимали один за другим все более жесткие экологические стандарты. Но теперь проблема загрязнения окружающей среды автомобилями практически решена (Euro VI вступили в действие) и на первый план вышла обеспокоенность по поводу изменения климата. То ли происходит потепление, то ли похолодание. Пока точно не известно, но виновный уже назван – парниковые газы, а значит, с ними надо бороться. Это очень выгодно для имиджа слуг народа. А что эта борьба означает для автомобилестроения? Ответ прост: повышение КПД силовой установки и снижение массы транспортного средства посредством уменьшения его размеров и применения легких материалов в конструкции. Здесь и кроется основная опасность для роторных двигателей – по экономичности они далеко не лидеры. Правда, остается надежда на подзаряжаемые гибридомобили. Эти транспортные средства имеют приличный пробег на электротяге и при небольшой протяженности поездок им двигатель внутреннего сгорания особо и не нужен. В таких случаях ДВС фактически превращается в балласт, и главное требование к нему – низкая масса и малый размер, т.е. то, чем отличаются РПД. Кроме того, роторные двигатели неплохо проявили себя при работе на водороде, а футурологи называют водород топливом будущего. Так что для РПД Ванкеля пока еще не все потеряно. Уникальную информацию по устройству, эксплуатации и ремонту систем турбонаддува смотрите на сайте turbomaster.ru

• Геннадий Дунин

Роторный двигатель.Принцип работы роторного двигателя.

 Роторный двигатель Феликса Ванкеля — уникальная разновидность двигателей, создан и более менее доведенный до ума в середине двадцатого века. В чем же уникальность роторно-поршневого двигателя Ванкеля? Ответ прост, при малых габаритах и рабочем объёме, в комплекте с простотой конструкции и значительно меньшем количестве деталей по сравнению с обычным поршневым двигателем, роторный двигатель выдаст мощность в 2-2.5 раза большую, нежели поршневой двигатель с тем же рабочим объёмом цилиндров. Однако, тут же возникает вопрос, раз роторный мотор такой простой и одновременно мощный, то почему он не получил широкого распространения.

В общем то вариантов довольно много, самый на мой взгляд вероятный ответ на данный вопрос кроется в событиях тогдашнего времени. В 70-х годах многие авто-концерны того времени попытались сделать ставку на роторный двигатель, ввиду его превосходящей мощности и простоты конструкции над традиционным ДВС того времени.

  Все возможно и было бы хорошо, и роторные двигатели возможно сейчас ставили бы как минимум на половину современных авто, если бы не одно НО, как всегда, куда ж без него. В общем в 1973 году началась война на Аравийском полуострове. К слову, в то время арабские страны были основными поставщиками нефти в Европу и Америку, и война вынудила их значительно сократить поставки ресурсов в страны нового и старого света, что повлекло за собой невероятное подорожание нефтепродуктов, и в том числе и бензина, на котором работал роторный двигатель. Но, почему не перестали выпускать стандартные ДВС? Да потому, что в роторном двигателе всегда имеется огромный табун лошадей, который нужно кормить, короче РПД слишком много жрал, содержать его в то время было очень не выгодно, поэтому компании, вложившие деньги в разработки и производство роторных двигателей потерпели крах и понесли колоссальные убытки, машины с большим расходом топлива оказались совсем не востребованы на рынке. Производители отказались от прожорливого роторного двигателя в пользу более экономичного поршневого варианта.
  Однако все же нашлись приверженцы роторного двигателя — авто-концерн Mazda встал на путь самурая и продолжил проводить исследования и совершенствование двигателя Ванкеля, подобно тому, как однажды Subaru не отказались от использования оппозитных двигателей, которые на сегодняшний день являются главной фишкой этой марки. Инженеры мазды тоже даром времени не теряли и также имели свои разработки в области РПД. Это позволило им создать роторный двигатель 13b-REW с системой твин-турбо, мощностью 350 л.с, который устанавливался в автомобили Mazda RX7, в процессе эксплуатации двигатель зарекомендовал себя достаточно хорошо, но один непобедимый недостаток, свойственный РПД у него всё же остался,это большой расход топлива. Далее маздисты воткнули роторник в следующую модель Mazda RX8, но в ней заметно сократили табун под капотом с 350 л.с до 200, уменьшив рабочий объём до 1.3 литра. Ну где вы видели ДВС объёмом 1.3 с мощностью 200 л.с.? Это позволило сократить расход топлива и вывести модель на более конкурентно-способный уровень. Про попытку воткнуть РПД в жигуляторы думаю писать не стоит, инженеры купили авто с РПД у немцев и тупо скопировали двигатель. В результате ничего хорошего из этого не получилось.
 

Принцип работы и устройство роторного двигателя. Принцип работы роторного двигателя разительно отличается от поршневого. Прежде всего это связано с его конструктивными особенностями. Трудно выделить главную особенность этого двигателя, начну пожалуй с самого ротора. Ротор — является в данном типе двигателя и поршнем и шатуном, то есть весь кривошипно-шатунный механизм сводится только к ротору и валу-эксцентрику, которые и превращают энергию топлива во вращательные движения вала. Происходит это все в блоке, который является и камерой сгорания и газораспределительным механизмом. В нем происходят все такты работы ДВС, начиная с впуска и заканчивая выхлопом. Внутри блок имеет форму некой капсулы, но это не совсем так, эта форма имеет геометрическое научное название — эпитрохоида (блять). Установленный на валу ротор, крепко сцеплен с зубчатым колесом, которое соединено с неподвижной шестернёй, название которой — статор. Размер ротора значительно больше, нежели статор, несмотря на это, вокруг шестерни свободно вращается ротор с зубчатой шестерней. Каждый из концов треугольного ротора движется по внутренней поверхности блока, отсекая определенное количество пространства в блоке благодаря трём клапанам. Функцию поршневых колец в роторном двигателе выполняют радиальные и торцевые уплотнительные пластины, которые прижимаются к стенкам блока-цилиндра центробежными силами, ленточными пружинами и давлением газа. Двигатель ванкеля лишен сложного механизма газораспределения, это значительно упрощает конструкцию роторного двигателя по сравнению с традиционным, также отсутствие многих деталей КШМ традиционного двигателя позволяет вырабатывать большую мощность за счет отсутствия потерь на трение. За один полный оборот ротора, в двигателе проходит три полных рабочих цикла. Чуть не забыл, почему он много жрет, потому что камера сгорания в момент такта сжатия получается весьма длинной и топливо не успевает догорать полностью, для борьбы с этим явлением на роторные моторы ставят по две свечи зажигания, которые срабатывают по очереди одна за другой, воспламеняя топливную смесь с двух сторон. Такие меры весьма улучшили показатели роторников в плане экономичности и выдаваемой мощности.

  В общем все это очень хорошо звучит, но что же представляет из себя роторный двигатель в реальной жизни. На самом же деле по всему свету довольно много авто с роторными моторами времен 60-80х годов, многие на ходу и хранятся где то в музеях или частных коллекциях, еще больше гниют или уже сгнили на свалках. Стоит взглянуть на владельца авто с роторным двигателем, который мотор перегрел и носится по городу в поисках спецов и запчастей, всплывают все недостатки этого вида двигателей. Самое страшное для РПД на той же мазде рх8 это перегрев. Стоит один раз перегреть такой мотор и отремонтировать его будет потом очень сложно,так как запчасти стоят довольно недешево и ехать будут из Японии.В большинстве случаем при ремонте РПД бракуется и сам ротор и блок, на котором образовались задиры от поплавившегося металла. Многие в этом случае заказывают новый мотор, так как стоить он буден примерно так же как и ремонт старого двигателя. Поэтому некоторые мечтают сменить роторник на традиционный поршневой ДВС, однако, есть и фанаты, которые его ни на что не променяют.

Как работает роторный двигатель

Что такое роторный двигатель? Как при малом объеме он развивает высокую мощность? Почему роторные двигатели так редко встречаются? Сейчас во всем разберемся!

Двигатель роторного типа или ванкель, был разработан еще в 1957 году Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Первое время двигатель активно использовался на различных автомобилях, а затем даже на мотоциклах, но со временем стал появляться все реже.

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель — это 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. Однако, его строение очень сильно отличается от привычного нам поршневого движка. В виду отсутствия множества элементов, роторный двигатель конструктивно проще поршневого.

Hercules W-2000. Объем 294 см3. Мощность до 32 л.с.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и благодаря вращению ротора происходит заполнение камеры «впуска». Такт работы двигателя проходит в отдельном «цилиндре». Чтобы разобраться как устроен двигатель, нужно рассмотреть его принцип работы.

Принцип работы.

1 такт — подача топлива.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и, благодаря вращению ротора, происходит заполнение камеры «впуска».

2 такт — сжатие.

Благодаря форме ротора и «цилиндра», рабочая смесь попадает в камеру «сжатия», где она прижимается ротором к стенке «цилиндра».

3 такт — рабочий (воспламенение).

Когда рабочая смесь находится в максимально сжатом состоянии происходит воспламенение (обычно посредствам 2-х свечей). Высвобождающаяся энергия от воспламенения вращает ротор на 1-й такт.

4 такт — выпуск.

После воспламенения отработанная смесь высвобождается через выпускное отверстие.

Как при малом объеме достигается высокая мощность?

Высокая мощность двигателей роторного типа обусловлена тем, что на выходе каждый такт идет как рабочий. Так как ротор заменяет собой минимум 4 поршня, используя малый объем и возможность развивать высокие обороты, двигатели роторного типа имеют преимущество примерно в 2-3 раза над поршневыми ДВС.

К тому же у роторного двигателя есть еще несколько плюсов:

• двигатель отлично сбалансирован, как следствие практически нет вибрации;
• компактность и малый вес, как следствие возможность добиться оптимального расположения и разрисовки по осям;
• простота конструкции.

Почему роторные двигатели настолько редкие?

Причин здесь несколько:

Сложность конструкции. Производство двигателя роторного типа требует больших затрат. Это обусловлено необходимостью использовать специальное высокоточное оборудование и качественные износостойкие материалы.

Маленький ресурс и неремонтопригодность. Для качественной работы двигателя необходима точная подгонка всех элементов, а так как в процессе использования двигателя происходит износ комплектующих (особенно ротора и корпуса-цилиндра), то не только снижается КПД, но и в разы повышается расход масла.

Локальный перегрев. Роторный двигатель очень боится перегрева. Причиной этому служит малое пятно контакта цилиндра и ротора, которое и является причиной частого перегрева этих моторов.

А на сегодня все!

Проект роторного двигателя

Сореньи | Новая конструкция роторного двигателя

Представьте себе треугольники, вращающиеся вокруг стержня для занавески для душа внутри пивного бочонка — это элементарное описание кричащего роторного двигателя Ванкеля. Эту силовую установку любят редукторы во всем мире из-за ее простой конструкции с минимумом движущихся частей, плавности хода от низких оборотов до высоких и огромного количества мощности, которое достигается за счет крошечного рабочего объема.

Однако у легендарного треугольного ротора Ванкеля число оборотов ограничено из-за того, что его треугольные роторы эксцентрично крепятся к коленчатому валу, что означает, что скорость двигателя ограничена примерно 9000 об / мин, потому что коленчатый вал согнется, если он будет вращаться быстрее.Конечно, красная линия на 9000 об / мин — это высокий показатель для уличного автомобиля, но возможность более высоких оборотов может обеспечить большую мощность в других приложениях.

Может быть, если бы мы вышли за рамки вращающихся треугольников.

Двигатель Сорени, взорванная схема.

REDA

Более десяти лет австралийские инженеры, работающие под названием Rotary Engine Development Agency (REDA), разработали новую конструкцию роторного двигателя, основанную на деформирующемся ромбе, а не на традиционных треугольных роторах.Основным преимуществом двигателя является более высокая удельная мощность, чем может достичь двигатель Ванкеля, поскольку более сбалансированная конструкция позволяет двигателю развивать более высокие обороты — так говорит Питер Кинг, один из двух партнеров REDA.

Другое главное преимущество Кинга состоит в том, что предел оборотов Szorenyi не ограничивается изгибом коленчатого вала, который возникает из-за эксцентриковых роторов Ванкеля. Уравновешенные роторы Szorenyi (в которых вращающий их коленчатый вал находится в центре ротора) позволяют ему вращаться выше, чем у роторов Ванкеля, у которых центр тяжести находится вне центра коленчатого вала.

Эта новая конструкция ротора называется ротором Сореньи, в честь изобретателя двигателя и партнера REDA Петера Сореньи. После того, как он скончался в 2012 году, его сын Адам занял его место в REDA вместе с Кингом.

Легендарный роторный двигатель Mazda Wankel.

Getty Images

Ванкель никогда не был единственной роторной конструкцией, но он стал визитной карточкой. Созданный в Германии в 1920-х годах, Wankel, наконец, начал производство в 1950-х годах на немецком автопроизводителе NSU.Mazda, наряду с огромным списком производителей автомобилей и самолетов, а также несколькими производителями мотоциклов, лицензировала Wankel у NSU и разработала свои собственные версии. Только Mazda на самом деле пошла за нее , используя роторные диски, наиболее известные в спортивных автомобилях, таких как RX-7, и грандиозных туристических автомобилях, таких как Cosmo.

NSU обанкротилась в 1970-х, потому что ее ранние модели Wankels продолжали самоуничтожаться, и, хотя компания в конечном итоге исправила недостатки, ее репутация была подорвана.Когда разразился нефтяной кризис 1973 года, Mazda переводила почти все свои производственные линии на станки Ванкельса. С тех пор роторный двигатель был зарезервирован в основном для нишевых легких спортивных автомобилей и роскошных гранд-туреров, пока Mazda не разочаровала всех поклонников Ванкеля, остановив производство после 2012 года.

Сзореньи пережили свою собственную сагу. REDA разрабатывала четырехкамерный Szorenyi в течение многих лет и построила действующий прототип в 2008 году. Но когда группа опубликовала свой технический документ совместно с Обществом автомобильных инженеров в 2017 году, все наткнулось на препятствие.Инженеры известной британской автомобильной инженерной компании проверили двигатель и сказали Кингу, что угловые шарниры будут испытывать экстремальные нагрузки от давления и их будет сложно смазывать должным образом.

«В результате того [разговора] у меня возникло вдохновение снять петли и просто смириться с потерей одной [камеры сгорания]», — говорит Кинг. Это упростило двигатель и устранило проблемы со смазкой и высокими нагрузками, но также вернуло Szorenyi к трехкамерному роторному двигателю, более близкому по концепции к Ванкелю.

Роторный двигатель Szorenyi сохраняет основные особенности Ванкеля в отношении неподвижных частей двигателя, однако у него все еще есть ключевое преимущество — у Szorenyi используется более закругленная форма для его статора (неподвижная часть двигателя в форме бочонка пива). Его роторы испытывают центробежные силы, которые деформируют их относительно верхних уплотнений, выстилающих камеры сгорания, что улучшает герметичность этих камер. В отличие от этого, утверждает Кинг, эксцентриковые роторы Ванкеля испытывают силу, действующую по направлению к центру двигателя, и это может вызвать подъем уплотнения верхушки, что приводит к утечке газов между камерами.

Потеря четвертой камеры уменьшает рабочий объем двигателя — если все остальное остается прежним — но трехкамерный Szorenyi сохраняет сбалансированные роторы, которые позволяют ему вращаться выше, чем эквивалентный двигатель Ванкеля. «Мой подход сейчас состоит в том, чтобы поставить четырехкамерный двигатель и сконцентрироваться на трехкамерном двигателе», — говорит Кинг. Это будет первая версия Szorenyi, которую мы увидим, хотя Кинг не говорит, для какого приложения она дебютирует.

Лицо трехкамерного поворотного Сорени.

REDA

Предполагая, что его окончательный дизайн будет реализован, Szorenyi столкнется с экзистенциальным вопросом: каково место ротора в мире?

Подобно двигателю с воздушным охлаждением, роторный двигатель вызвал интерес, и производство среди крупных производителей прекратилось на рубеже веков. Wankel просуществовал до 2012 года, когда Mazda убила RX-8 с роторным двигателем. Ужесточение стандартов выбросов и экономии топлива привело к подписанию смертного приговора Ванкелю.

За исключением небольшого оживления.Примерно в то же время REDA решила сконцентрироваться на трехкамерном Szorenyi, Mazda объявила, что возродит Wankel в качестве расширителя диапазона для автомобилей с электрическим приводом. Таким образом, Mazda Wankel не будет напрямую вращать колеса, а будет действовать как бортовой генератор, который в крайнем случае вырабатывает дополнительную электроэнергию для электродвигателей, приводящих в движение колеса автомобиля. Внезапно роторный обрел еще одну жизнь.

Непосредственная судьба Сореньев остается неясной. В отличие от того, чтобы найти свой путь в автомобиле — долгий и трудный процесс — эту конструкцию можно было сначала использовать в беспилотных летательных аппаратах и ​​легких самолетах, где Ванкель был популярен в течение многих лет.Szorenyi был бы идеальным двигателем для сверхлегких самолетов и автожиров по тем же причинам, что и Wankel: хорошая мощность, малый вес, небольшие размеры.

После всех положительных отзывов со стороны отрасли, единственное препятствие, которое остается для REDA, — это убедить кого-то построить его.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

LIquidPiston представляет крошечный, но мощный роторный двигатель

Двигатель нового типа впервые продемонстрировал свои качества за пределами лаборатории, и хотя он просто сделал картинг, он вполне мог стать началом чего-то большого.

Двигатель представляет собой роторную конструкцию, бес поршневую установку, которая обеспечивает максимальное отношение мощности к массе. Это плод с лишним лет работы LiquidPiston, стартапа, основанного Алеком Школьником, который имеет докторскую степень. Кандидат компьютерных наук со специализацией в области искусственного интеллекта и моделирования.Сам двигатель основан на технологии сгорания, разработанной его отцом, Николаем, инженером-механиком, получившим советское образование и прошедшим переподготовку в США на физика.

Но нет жидкости и нет поршня: компания переросла название, которое относилось к конструкции, которая использовала и то, и другое для преобразования расширяющегося газа в движущую силу. Теперь, спустя полдюжины итераций, результатом стал цельнометаллический роторный двигатель, который определенно не является Ванкелем вашего отца, знаменитым, гудящим сердцем серии Mazda RX.

«Это нечто вроде ванкеля, вывернутого наизнанку, конструкция, которая решает старые проблемы с герметизацией и расходом топлива», — говорит основатель компании Алек Школьник. «Ванкель имеет треугольный ротор внутри корпуса в форме арахиса; у нас есть ротор в форме арахиса внутри треугольного корпуса. Наши уплотнения находятся на вершинах треугольника […], а наши уплотнения неподвижны, потому что они находятся в корпусе ».

Уплотнения препятствуют перемещению газа из одной камеры в другую. В ванкеле уплотнения двигаются быстро, что затрудняет их смазку.Вы должны распылять масло в камеру сгорания, зная, что только его часть достигнет уплотнений, а остальная часть уйдет с дымом — проблема как для экономии топлива, так и для выбросов двигателя. Двигатель LiquidPiston лишен этого багажа, но сохраняет внутреннюю механическую простоту роторного двигателя — только ротор и эксцентриковый вал вместе с топливными форсунками, топливными насосами и масляными насосами.

Школьник признает, что его машина еще не готова к 100 000-километровому стандарту автомобильной промышленности по долговечности.Но он утверждает, что даже на стадии зарождения он должен найти применение в любой области, где ценится крошечный, экономичный простой двигатель, который обладает большой мощностью при небольшом объеме и массе.

«Мы заменили 40-фунтовый двигатель картинга на наш 4-фунтовый двигатель мощностью от 3 до 5 лошадиных сил», — говорит Школьник. С сегодняшнего дня вы можете купить комплект разработчика.

Двигатель более эффективен, чем двигатель Ванкеля, потому что он имеет более высокую степень сжатия и поскольку изменяющаяся геометрия его внутренних полостей позволяет ему извлекать большую часть энергии выхлопных газов до их выпуска, что называется чрезмерным расширением.

«Toyota использует цикл Аткинсона в своем Prius, и это приводит к чрезмерному расширению — так что это не новость», — говорит он. «Но двигатель Prius слишком большой. Мы получаем сверхрасширение почти бесплатно, просто изменив расположение порта [клапана]. Для этого нам не нужны неуклюжие клапанные системы ».

Клапанный механизм — это система с распределительным валом, которая открывает и закрывает клапаны в камере сгорания поршневого двигателя, чтобы впускать топливо и воздух, а также выпускать выхлопные газы. Вращение этого вала потребляет энергию — «паразитная потеря» на автомобильном жаргоне.

1,5-килограммовая силовая установка

LiquidPiston размером с грейпфрут — это идеальный вариант для среднетоннажного беспилотного летательного аппарата с пропеллерным двигателем. Вот почему американские военные заинтересованы в этом: компания получила финансирование от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA).

«Многие люди сразу же пытаются продавать улучшенные двигатели на рынке автомобилей и грузовиков, и я не могу их винить, это рынок стоимостью 300 миллиардов долларов», — говорит Школьник. «Но для того, чтобы воплотить в жизнь новый двигатель в автомобильном мире, требуется как минимум семь лет и стоит буквально 500 миллионов долларов — и это для поршневого двигателя, где риск невелик.”

Итак, он сначала смотрит на рынки, на которых остро ощущается потребность в очень компактных двигателях — ручные электроинструменты, грузовые дроны для таких компаний, как Amazon и FedEx, и, что самое интересное, расширители запаса хода для автомобилей.

«У нас есть концепция двигателя мощностью 30 киловатт, работающего на дизельном топливе, весом 30 фунтов, в корпусе размером 10 на 8 дюймов», — говорит Школьник. «Это может быть часть электромобиля для массового потребителя, дающего вам привычный запас хода — 300 миль вместо 30 — и быструю дозаправку».

Безусловно, Ванкель также предлагался как расширитель диапазона.И хотя двигатель LiquidPiston может претендовать на то, что он — или может стать — более эффективным и компактным, чем двигатель Ванкеля, эти вещи могут не иметь большого значения, когда машина работает только в режиме помощника.

Радикальные новые конструкции двигателей возникают постоянно, но редко добиваются успеха. Помните газовые турбины 1960-х годов? Сверхгорячий и сверхэффективный керамический двигатель 80-х годов? Радикально улучшенный двухтактный двигатель, выхлоп которого будет чище, чем окружающий воздух? Даже Wankel неоднократно терпел неудачу, пока инженеры Mazda не засучили рукава и не сделали ее успех своим приоритетом.

Спасительная изящество LiquidPiston — это постоянно расширяющаяся область применения для двигателей всех типов. Даже если ни одна машина никогда не будет работать только на одном из ее продуктов, есть множество рыночных ниш, которые он может заполнить: гибриды, дроны, может быть, даже бензопилы.

Примечание редактора: отрывок, касающийся газовых уплотнений, был изменен для ясности.

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

Мельбурнское агентство по разработке роторных двигателей (REDA) разработало новый тип противовесов — четырехтактный роторный двигатель, который может работать на различных видах топлива.(Источник изображения: REDA)

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

2018-09-24 Уильям Кучински

В прототипе роторного двигателя Сореньи используется шарнирный ромбовидный ротор вместо трехстороннего ротора, который используется в традиционных роторных двигателях Ванкеля.

Роторный двигатель Ванкеля стал идеальным выбором для многих владельцев и операторов небольших винтовых самолетов. По сравнению с обычными поршневыми двигателями роторные двигатели Ванкеля небольшие, легкие и имеют высокое отношение мощности к массе. Они почти не вибрируют, не могут схватиться или ударить, и в них меньше движущихся частей (которые могут сломаться). На данный момент сложно улучшить дизайн Ванкеля; то есть, если вы не планируете изменить форму ротора… на изменяющуюся форму.

Новая конфигурация роторного двигателя — роторный двигатель Сореньи — была разработана Мельбурнским агентством по разработке роторных двигателей (REDA). В то время как статор или неподвижная часть двигателя Сореньи похожа на статор двигателя Ванкеля, геометрическая форма ротора двигателя представляет собой ромб, который деформируется при вращении внутри контура статора.

Роторный двигатель Сорени цикл

Эта геометрия соответствует роторному двигателю с четырьмя камерами сгорания в отличие от традиционного роторного двигателя Ванкеля с тремя камерами.Каждый оборот коленчатого вала вызывает один оборот ротора и полный цикл двигателя в каждой из четырех камер: или четыре такта мощности. В отличие от этого двигатель Ванкеля производит один рабочий ход за один оборот коленчатого вала.

Роторный двигатель Ванкеля цикл

Типичный роторный двигатель Ванкеля использует трехсторонний ротор для создания полостей внутри статора для бесшовного цикла впуска, сжатия, зажигания и выпуска. Точка A отмечает одну из трех вершин ротора, точка B отмечает эксцентриковый вал, а белая часть — выступ эксцентрикового вала.(Источник изображения: Y tambe)

Согласно REDA, каждый четырехтактный роторный модуль Szorenyi эквивалентен восьмицилиндровому поршневому двигателю с возвратно-поступательным движением или оппозитным поршнем.

Двигатель Сореньи также более оптимизирован для многороторной конфигурации, чем роторный двигатель Ванкеля, благодаря использованию периферийных отверстий по сравнению с двигателем Ванкеля, использующим сложные боковые каналы. Возможность легко конфигурировать многороторные четырехтактные двигатели может привести к созданию роторных силовых установок, которые вырабатывают мощность, эквивалентную 8-, 16- или 24-цилиндровым поршневым двигателям.Кроме того, разработка стандартизованных модулей может снизить производственные затраты и затраты на техническое обслуживание в течение всего жизненного цикла.

Свободная скорость

Обычно двигатели Ванкеля ограничиваются частотой вращения ротора 3000 оборотов в минуту (об / мин) из-за чрезмерного изгиба коленчатого вала, вызванного центробежными силами эксцентрикового ротора. Двигатель Szorenyi в этом отношении не имеет ограничений по оборотам, так как он использует сбалансированный ротор.

Более высокие потенциальные пределы оборотов означают, что двигатель Сореньи имеет более высокую удельную мощность, чем двигатель Ванкеля, что может привести к увеличению дальности полета, выносливости и полезной нагрузки самолета.Кроме того, двигатель Сореньи имеет больше места для внутреннего охлаждения ротора и не требует редуктора в самолетах и ​​беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) с большими винтами.

Согласно документу, двигатель Сореньи может работать на бензине, авиационном бензине (avgas), бутане или водороде (поскольку впускное и выпускное отверстия хорошо разделены).

REDA также отметила, что если будет введена фаза предварительного сжатия, двигатель может использовать дизельное топливо — в соответствии с U.S. военная концепция «одного топлива» и возможность использования двигателя в военных целях.

Полная информация о конструкции и испытаниях нового двигателя REDA доступна в международном техническом документе
SAE «Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи».

Сокращенная версия «Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи» и другие технические документы SAE, касающиеся двигателей малых самолетов и БПЛА, доступны в последней книге SAE International So You Want to Design series, So You Want to Конструкция двигателей: Двигательные установки БПЛА .

Книга охватывает несколько технологий движения БПЛА, таких как традиционные двигатели на тяжелом топливе, гибридно-электрические архитектуры, распределенные водородные вентиляторы, вышеупомянутый роторный двигатель Сореньи и экспериментальные плазменные двигатели — или диэлектрический барьерный разряд.

Уильям Кучински — редактор контента в SAE International, Aerospace Products Group в Варрендейле, штат Пенсильвания. Ранее он работал писателем в Центре безопасности НАСА в Кливленде, штат Огайо, и отвечал за написание тематических исследований сбоев системы.Его интересы включают буквально все, что связано с космосом, прошлыми и настоящими военными самолетами и двигательными установками.

Свяжитесь с ним по поводу любых статей или идей сотрудничества по электронной почте [email protected].
Продолжить чтение »

Роторный двигатель — шедевр инженерной мысли

При покупке новенькой машины вопрос о конструкции двигателя практически не возникает, и он не указывается на сайте производителя.Хотя существуют двигатели разных размеров, конфигураций и даже с принудительной индукцией, все они используют цилиндры и поршни. Однако в 1950-х годах человек по имени Феликс Ванкель разработал двигатель совершенно другого типа. Широко известный как роторный двигатель, он был меньше, легче и часто мощнее, чем его конкуренты с поршневым двигателем.

Как работает роторный двигатель?

Чтобы понять, что делает роторный двигатель уникальным, нам сначала нужно узнать, как работает традиционный поршневой двигатель.Впускные клапаны позволяют воздуху поступать в цилиндры. При движении вниз поршни всасывают воздух в камеру сгорания. В этот момент топливная форсунка добавляет топливо в смесь. Когда поршень движется обратно вверх, он начинает сжимать воздух в камере. Оказавшись наверху, свеча зажигания воспламеняет смесь, толкая поршень обратно вниз. Это движение, повторяющееся с молниеносной скоростью, позволяет двигателю развивать свою мощность.

Роторный двигатель, с другой стороны, выполняет примерно тот же процесс, но совершенно по-другому.Вместо поршня, который движется вертикально, роторный двигатель использует ротор, который вращается вокруг оси. Во-первых, воздух и топливо засасываются в камеру сгорания за счет вакуума, создаваемого вращающимся ротором. Когда ротор вращается, он сжимает воздух, и в этот момент две свечи зажигания воспламеняют смесь. Выхлопные газы затем выпускаются ротором из камеры сгорания только для того, чтобы всасывать больше воздуха и топлива, когда он совершает еще один оборот. Это вращательное движение позволяет двигателю развивать свою мощность.

Кто это разработал?

Капелла Ротари | Mazda

СВЯЗАННЫЙ: стоит ли рисковать покупкой автомобиля с роторным двигателем?

В то время как Феликс Ванкель разрабатывал оригинальный дизайн роторного двигателя, Mazda популяризировала его. Согласно Mazda, в 1960 году различные производители подписали лицензионные соглашения на производство двигателя; однако только Mazda когда-либо смогла сделать его коммерчески жизнеспособным. Первым автомобилем Mazda с роторным двигателем был Cosmo 110S, который, как следует из названия, развивал 110 л.с. в двухроторной конфигурации.

С тех пор роторный двигатель стал хитом, в конечном итоге породив линейку спортивных автомобилей RX, которые мы знаем и любим сегодня. Одной из выдающихся моделей, в которых использовался роторный двигатель, была модель RX-7 третьего поколения, которая производилась с 1992 по 2002 год. На RX-7 был установлен 1,3-литровый двухроторный двигатель 13b с двумя турбинами. Силовой агрегат комплекса развивал 236 л.с.

Почему это так редко?

Mazda RX-792P | Аллан Хэмилтон / Icon Sportswire через Getty Images

По своей конструкции роторный двигатель идеально подходит для жизни в мире автоспорта.Одна из причин, по которой мы не видим роторные двигатели в серийных автомобилях, а именно, связана с затратами на техническое обслуживание. Хотя в роторном двигателе меньше движущихся частей, дроссельная заслонка напрямую влияет на количество масла в камере, смазывая ротор и все уплотнения.

Когда дроссельная заслонка не используется, например, при остановках и дорожном движении, уплотнения могут высохнуть и выйти из строя. Кроме того, сам ротор может быть недостаточно смазан, что приведет к повреждению камеры сгорания, что приведет к потере сжатия.Эти требования означают, что для ухода за ротором необходимо тщательно выполнять техническое обслуживание. В результате коммерческая жизнеспособность роторного двигателя начала угасать, и в конечном итоге Mazda прекратила производство этого двигателя в 2012 году.

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

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

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

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

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

Впуск

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

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

Сжатие

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

Сгорание

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

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

Выхлоп

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

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

Маленький двигатель впечатляет | MIT News

Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность являются недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.

Но теперь стартап из Массачусетского технологического института LiquidPiston разработал роторный ДВС, который, по его словам, значительно меньше, легче и тише, а также на 20 процентов более экономичен, чем ДВС, используемые во многих подобных устройствах с малым объемом двигателя.

«Если вы думаете о ручных инструментах — например, о цепной пиле или кусторезе — примерно через полчаса вы больше не хотите их использовать, потому что ваша рука кажется, что он вот-вот упадет», — говорит Александр Школьник, доктор философии. ’10, президент LiquidPiston и соавтор двигателя. «В нашем двигателе совсем нет вибрации, и он намного тише. Это должно быть намного приятнее для пользователей ».

Двигатель LiquidPiston объемом 70 кубических сантиметров, X Mini, выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об / мин; при весе 4 фунта он также примерно на 30 процентов меньше, чем четырехтактные поршневые ДВС с объемом двигателя 50 кубических сантиметров, которые он намерен заменить.По словам Школьника, в полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и ​​весить 3 фунта.

Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), разработанному Школьником и его отцом-физиком Николаем, который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и избыточное расширение для большего извлечения энергии. По словам Школьника, с двумя движущимися частями, ротором и валом, и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель также имеет пониженные характеристики шума, вибрации и резкости.

Первыми приложениями будут портативные устройства для газонов и сада, говорит Школьник. Но двигатель можно масштабировать и модифицировать для других приложений, включая мопеды, дроны, судовое силовое оборудование, робототехнику, расширители диапазона и вспомогательные силовые агрегаты для лодок, самолетов и других транспортных средств. Компания также продемонстрировала концепцию высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений. Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.

«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 270-фунтовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник. «Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 15-фунтовое устройство, это будет для них довольно революционно».

Школьник представил доклад о X2 и X Mini 19 ноября на конференции и выставке по технологии малых двигателей 2014 года в Италии.

Обратный двигатель Ванкеля

X Mini — это, по сути, модернизация конструкции и эффективности компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.

В машине Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу. В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.

«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь мы можем выполнить этот новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля» для небольших двигателей, — говорит Школьник.

В двигателе Ванкеля, например, используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что способствует плохой экономии топлива — поскольку пламя не может достичь задних краев камеры и гасится из-за большой площади поверхности камеры. . Камера сгорания X Mini более округлая и толстая, поэтому пламя горит на меньшей площади.

Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два отверстия в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях, — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока давление не исчезнет, ​​что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива. Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.

«Топливо в двигателе сжигается очень долго, — говорит Школьник. «В большинстве двигателей к тому времени, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так намного эффективнее.

Кроме того, на X Mini были перемещены уплотнения верхушки, что привело к снижению расхода масла. У Ванкельса уплотнения вершины соединяются с краями треугольного ротора, где они скользят и перемещаются.Смазка их требует подачи в топливовоздушную смесь большого количества масла, которое горит и протекает, что увеличивает выбросы и расход масла. Однако в X Mini эти уплотнения расположены в корпусе треугольной формы, который остается на месте. «Теперь мы можем подавать крошечные количества масла через стационарный корпус, ровно столько, сколько нужно уплотнению, при этом вы не сжигаете масло и не теряете его в окружающей среде», — говорит Школьник.

«Дорожная карта» LiquidPiston

Интерес к робототехнике и искусственному интеллекту привел Школьника в Массачусетский технологический институт в 2003 году в качестве аспиранта по электротехнике и информатике.В том же году Николай Школьник подал свой первый патент HEHC, а его сын узнал о конкурсе MIT Entrepreneurship Competition стоимостью 50 тысяч долларов (сейчас 100 тысяч долларов) в классе, посвященном техническому предпринимательству. Они объединились со студентами школы менеджмента MIT Sloan School of Management, чтобы создать бизнес-план и представить двигатель HEHC на конкурсе 2004 года, где они забрали домой приз в размере 10 000 долларов США за запуск LiquidPiston.

Сам конкурс оказался полезным для предпринимателей-отцов и сыновей, которые на тот момент еще не имели опыта стартапов.При составлении подробного бизнес-плана и изучении того, как объяснить свои технологии инвесторам, «он действительно показал нам план действий, и мы были вынуждены много обдумывать проблемы, с которыми мы собирались столкнуться», — говорит Школьник.

В течение следующих шести лет Школьник помогал своему отцу разработать двигатель LiquidPiston из семейного гаража, используя навыки, которые он оттачивал в группе Robot Locomotion при Массачусетском технологическом институте, возглавляемой Расселом Тедрейком, доцентом электротехники и информатики.«Это было много оптимизации, контроля, моделирования и моделирования», — говорит он. «Все те же методы применимы к проектированию двигателя».

Школьник приписывает большую часть разработки LiquidPiston расширенному сообществу MIT. Во время розыгрыша 50 тысяч долларов венчурный капиталист Билл Фрезза ’76, SM ’78 был наставником команды; его фирма тогда стала одним из первых инвесторов. Члены команды MIT Sloan Брайан Роуган, MBA ’05, Дженнифер Эндрюс Берк, MBA ’05, и Викрам Сани, MBA ’05, провели исследование рынка, написали бизнес-план, работали над развитием бизнеса и представили компанию инвесторам.

Наставники из Venture Mentoring Service (VMS) Массачусетского технологического института, в том числе покойный Дэйв Сталин, основавший VMS, также руководили развитием LiquidPiston, предлагая советы по разработке продуктов, найму и поиску венчурного капитала. (На данный момент компания заработала более 15 миллионов долларов на финансирование.)

В 2006 году, после анализа десятков итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на производство первого прототипа дизельного двигателя. (Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.)

В связи с многочисленными отзывами производителей силового оборудования, призывающими к более легким, тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев. Компания вызвала интерес со стороны потенциальных клиентов и ведет переговоры с производителями двигателей, заинтересованных в лицензировании технологии X Mini.

«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, — объясняет Школьник, — X Mini может обеспечить совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими двигателями или аккумуляторными технологиями.”

В начале следующего года компания планирует провести конкурс, чтобы узнать у общественности идеи, касающиеся этих новых применений X Mini. «Мы хотим, чтобы творческие соки текли и открылись для более широкого сообщества, чтобы увидеть, есть ли что-нибудь интересное», — говорит Школьник.

Концепция трехкамерного роторного двигателя Szorenyi

В настоящее время автомобильные двигатели являются поршневыми или роторными двигателями Ванкеля. Поршневые двигатели громоздки, тяжелы и сложны, в основном из-за впускных и выпускных клапанов и связанных с ними кулачковых механизмов.Двигатели Ванкеля имеют низкий предел оборотов ротора и неэффективное уплотнение верхних уплотнений, что приводит к снижению экономичности и нежелательным выбросам газов. Агентство по разработке роторных двигателей (REDA) разработало новую концепцию трехкамерного роторного двигателя внутреннего сгорания, адаптировав запатентованную кривую Сореньи. Новый дизайн представляет собой эволюцию конструкции, которая была предметом технического документа SAE 2017-01-2413 и публикации SAE «Итак, вы хотите проектировать двигатели: двигательные установки БПЛА». Эта статья описывает особенности новой концепции трехкамерного двигателя и включает анализ основных недостатков двигателя Ванкеля.Геометрия двигателя Ванкеля приводит к чрезмерному прогибу коленчатого вала на высоких оборотах двигателя из-за центробежной силы ротора, эксцентричного относительно коленчатого вала. Это приводит к низкому пределу скорости вращения. Анализ конструкции Ванкеля показывает, что предельная частота вращения не может быть увеличена за счет увеличения диаметра коленчатого вала. Кроме того, анализ вершинного уплотнения показывает, что форма статора ускоряет уплотнение внутрь во время впускного и рабочего хода, и в то же время уплотнение испытывает большое изменение угла контакта с поверхностью статора.Эти эффекты в совокупности создают плохие условия для герметизации камеры сгорания двигателя Ванкеля. В документе указывается, что конструкция трехкамерного двигателя Сореньи не имеет этих проблем, поскольку его симметричный ротор обеспечивает высокую скорость вращения, а его непрерывно вогнутый профиль статора обеспечивает ускорение наружу уплотнения верхушки и гораздо меньшее изменение угла контакта с валом. поверхность статора. В документе делается вывод о том, что двигатель Сореньи может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели в ряде приложений и особенно подходит для легких самолетов.

• URL записи:
• Наличие:
• Дополнительные примечания:
  • Реферат перепечатан с разрешения SAE International.
• Авторов:
• Конференция:
• Дата публикации: 2019-9-9

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

• Регистрационный номер: 01722798
• Тип записи: Публикация
• Агентство-источник: SAE International
• Номера отчетов / статей: 2019-24-0168
• Файлы: TRIS, SAE
• Дата создания: 24 сен 2019 11:55

.

No related posts.