Союз композитов: мощность двигателей для авиации повышена в два раза | Статьи
Новая модель роторно-поршневого двигателя (РПД), созданного российскими учеными, по мощности в два раза превышает все подобные устройства. Двигатель позволит повысить грузоподъемность небольших летательных аппаратов — как беспилотных, так и управляемых. Установка таких РПД возможна на уже существующие машины без модернизации конструкции. Зарубежных аналогов устройству нет. Проект поддержан Фондом перспективных исследований.
РПД был изобретен еще в 1950-х годах. Он весит в полтора-два раза меньше, чем обычный поршневой двигатель с такой же мощностью. И в этом его преимущество. А недостатком до недавнего времени была быстрая изнашиваемость в силу особенностей конструкции.
Ученые из Центрального института авиационного моторостроения им. П.И. Баранова решили проблему, создав РПД на основе материалов нового поколения — интеркерамоматричных и металлокерамоматричных композитов. Работа велась в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований и Института им.
П.И. Баранова.
— Композиты были применены в разных элементах двигателя, — рассказывает руководитель проекта Фонда перспективных исследований Сергей Маркин. — Согласно результатам испытаний, износ этих элементов пренебрежительно мал. Все они сохранили свою работоспособность, подтвердив возможность и перспективность применения композиционных материалов для изготовления наиболее нагруженных и проблемных элементов РПД.
Помимо применения композитов, в новой модели использованы и другие инновационные технические решения. В частности, в двигателе есть специально разработанная для РПД система турбонаддува с охлаждением воздуха. Это благотворно влияет на долговечность и надежность устройства. Часть элементов системы турбонаддува изготовлена с помощью технологий 3D-печати с применением отечественного сырья. Также практически с нуля разработана электронная система управления двигателем.
Благодаря всем этим решениям удалось примерно вдвое повысить мощность двигателя по сравнению с ранее разрабатывавшимися в России РПД.
Однако мощность — не единственная важная характеристика двигателя. Одним из значимых параметров является экономичный расход топлива. По сообщению разработчиков, удельный расход топлива на созданном РПД не превышает 217 г на лошадиную силу в час (по расчетам «Известий», это 295 г на 1 кВт).
— Для лучших современных поршневых двигателей примерно той же мощности расход топлива составляет 200 г на 1 кВт вырабатываемой мощности, и тут даже новый РПД им явно проигрывает, — поясняет заведующий кафедрой поршневых двигателей МГТУ им. Н.Э. Баумана Владимир Марков. — Зато несомненное преимущество роторного двигателя перед поршневым в размерах — он в два-три раза компактнее. Однако это превосходство частично нивелируется необходимостью установки на самолет с РПД топливного бака большего размера.
Пока разработчики планируют применять созданные небольшие РПД для легкой авиации — как беспилотников, так и управляемых аппаратов. РПД в составе гибридных силовых установок с двумя видами двигателей можно будет использовать как на гражданских, так и на военных летательных аппаратах.
По сообщению разработчиков, примененные технические решения позволят повысить грузоподъемность летательных аппаратов. Важно, что установка таких двигателей возможна на уже существующие машины без модернизации конструкции и задействованных в работе самолета систем.
— Действительно, роторно-поршневые двигатели по сравнению с поршневыми обладают рядом преимуществ, — рассказал эксперт в области беспилотных систем Денис Федутинов. — Среди них, к примеру, высокая удельная мощность и меньшие вибрации и габариты, а в целом — большая простота конструкции. Если разработчикам удастся достичь таких же хороших результатов по расходу топлива и ресурсу РПД, как и у обычных поршневых, то это сделает данный двигатель востребованным на рынке для использования на БПЛА.
В конце февраля 2019 года опытный образец успешно прошел испытания по определению технических характеристик. По мнению разработчиков, создание отечественного РПД с высоким ресурсом и надежностью может послужить серьезным стимулом для развития в России авиации общего назначения и содействовать восстановлению отечественного двигателестроительного сектора.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Mazda вернёт на рынок роторные двигатели в составе гибридов в 2022 году
Принцип устройства роторного двигателя внутреннего сгорания известен многим по школьному курсу физики, а вот на практике с ним сталкиваются единицы. Японская компания Mazda выпускала серийные автомобили с роторными ДВС с 1967 по 2012 годы, но собирается вернуть их на рынок в 2022 году уже в составе гибридных автомобилей.
Источник изображения: Википедия
По замыслу японских инженеров, как отмечает издание Nikkei Asian Review, в составе гибридной силовой установки роторный двигатель сможет служить приводом генератора, вырабатывающего электроэнергию для вращения колёс посредством электродвигателей. Первым носителем необычной силовой установки станет компактный кроссовер MX-30, который будет модернизирован в 2022 году.
Источник изображения: Mazda
Базовая версия MX-30 продаётся с 2020 года в качестве электромобиля, обеспечивающего запас хода не более 200 км.
Дальнейшая эволюция модельного ряда Mazda будет придерживаться двух параллельных траекторий. К малым транспортным средствам будут отнесены электромобили и все типы гибридов, включая варианты с роторным двигателем. В «большом» классе Mazda будет делать упор на применение ДВС с шестью цилиндрами объёмом более трёх литров, включая дизели.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Mazda MX-30 примерит мотор Ванкеля в роли генератора — ДРАЙВ
Его тяговая батарея ёмкостью 35,5 кВт•ч обеспечивает паспортный запас хода в 209 км. Числа могут быть уточнены ближе к запуску продаж.Рассказывая о своих достижениях за сто лет, компания Mazda уделила немало внимания роторно-поршневым двигателям. В релизе, посвящённом юбилею, сделано признание: маленький односекционный мотор Ванкеля может найти свой путь в недра электрокара Mazda MX-30. Ранее о применении на электрических легковушках роторного мотора в роли так называемого расширителя дальности хода японцы говорили без указания моделей. Впервые компания напрямую связала такую технологию именно с MX-30.
В Японии электрический паркетник ожидается во второй половине 2020-го, а в Европе — в 2021 году. Сроки превращения машины в гибрид последовательного типа японцы не огласили, просто намекнув, что такая модификация рассматривается.Применение двигателя Ванкеля в качестве бортового генератора компания не раз отрабатывала на прототипах.
Такой приём использовался в опытных минивэнах Premacy Hydrogen RE Hybrid (версия 2007 года). В них битопливный (бензин/водород) двухсекционный роторный двигатель 1.3 вырабатывал ток для зарядки батареи, а колёса приводились электромотором.
В 2013 году японцы разработали прототип Mazda 2 RE (Rotary Engine). В роли генератора выступал односекционный РПД с рабочим объёмом 0,33 л и мощностью 38 «лошадок». Машине полагался десятилитровый бензобак, который почти удваивал пробег на зарядке/заправке (380 км против 200 км) в сравнении с электрокаром Demio EV, послужившим основой. Последний щеголял электромотором с отдачей в 102 л.с., 150 Н•м и литиево-ионной батареей ёмкостью 20 кВт•ч.
А вот крупных двигателей Ванкеля в роли основных на маздах можно не ждать. Во всяком случае, в обозримом будущем. По неофициальным данным, если гипотетическое купе с условным обозначением Mazda RX-9 (то есть серийная интерпретация концепта RX-Vision 2015 года) будет выпущено на рынок, то не с роторно-поршневым мотором, а с рядной «шестёркой».
На видео рассекретили новый роторный двигатель Mazda
Может ли Mazda создать еще один спортивный автомобиль с роторным приводом?Автор: Максим Украинцев, редактор
С тех пор как Mazda RX-8 закончилась в 2012 году, Mazda играла и cкрывала будущее роторного двигателя.
Будет ли новый спортивный автомобиль с роторным приводом? Время истекает для этой реальности. Тем не менее, это не значит, что двигатель уже засох и умер на стадии разработки. Странное новое видео, загруженное на канал Мазды на YouTube, говорит о том, что в японском автопроизводителе нет мертвых.
Видео, озаглавленное «50-летие Ротару», представляет собой 12 минут «Mazda Rotary Heritage B-Roll», рассказывающее об истории роторного двигателя в Mazda. Но видео ничего не говорит нам. Именно описание видео дает роторному двигателю потенциальное будущее в компании, говоря: «История Mazda и Rotary еще не закончена». Это все, но подтверждает, что в будущем может появиться автомобиль Mazda с роторным приводом, мы просто не знаем, как компания будет использовать этот двигатель.
Это далеко не расплывчато, но автопроизводитель тоже не скрывал своих надежд на завод. Буквально в прошлом месяце Mazda заявила, что все еще есть надежда на роторный спортивный автомобиль, но он все еще не находится в разработке.
Смешанные сообщения Мазды о ротации за эти годы не помогли спекуляциям. Еще в марте Mazda заявила, что изначально планирует использовать двигатель в качестве удлинителя, но добавила, что мельница стала гораздо более универсальной, чем эта. В июне генеральный директор Mazda Акира Марумото повторила, что компания хочет иметь спортивный автомобиль с роторным приводом; однако это не является приоритетом, поскольку компания сосредоточена на снижении выбросов своих автомобилей.
Есть большая вероятность, что у будущего автомобиля Mazda будет роторный двигатель. Мы не знаем, как Mazda будет использовать это, все же. Это может быть расширитель диапазона, который, как нам сказали, скоро появится. Или Mazda найдет время, чтобы сосредоточиться на правильном роторном спортивном автомобиле.
История двигателя Ванкеля / Итоги токийского автосалона | Новости автомобилестроения в Германии | DW
С равномерным жужжанием хорошо смазанного электромотора работает на испытательных стендах Некарсульма этот удивительный двигатель внутреннего сгорания. Эксперты уже предрекают скорый конец привычного двигателя и выражают уверенность, что автопромышленность отдаст предпочтение ротороно-поршневой системе.
Вот так восторжено описывали журналисты в 1959 году изобретение, которое, как предполагалось, должно было совершить настоящую революцию в автомобилестроении. И действительно, двигатель, который представил тогда изобретатель Феликс Ванкель стал настоящей сенсацией. Первый раз в истории мотор передавал энергию, обходясь без кривошипно-шатунного механизма и коленвала, и толкал при этом не поршень, а фактически ротор.
Всё началось в середине 20-х годов прошлого века. Тогда ещё совсем молодой Ванкель попытался смастерить авто собственной конструкции.
Двигатель для своего детища он подыскал на свалке. Но самодельная машина страдала от одного главного недостатка: уж слишком лихорадил мотор легкую конструкцию. Как же избавиться от назойливой вибрации?
Как и многие другие инженеры, я не мог смириться с мыслью, что обычная система, основанная на поступательном движении поршней, является единственно возможным принципом работы двигателей внутреннего сгорания. Для того, чтобы колеса прокручивались, необходимо устранить тряску и превратить вибрирующий ритм взлетающих и опускающихся поршней в гармоничную и ровную работу мотора. А это крайне не просто. Для этого необходимо оснастить двигатель сложными шатунными механизмами и коленчатыми валами, решить массу технических проблем – и всё это для того, чтобы автомобиль сделал нам одолжение и поехал.
— рассказывал впоследстии журналистам Феликс Ванкель.
В результате долгих поисков, он пришел к идее разработать двигатель, работающий по принципу турбины или электромотора.
Но только через тридцать лет – в середине 50-х годов – Ванкель пришел к той компактной и лёгкой конструкции, которая соответствовала требованиям автопроизводителей. Вместо кривошипно-шатунного механизма, толкающего поршень, Ванкель установил треугольный поршень. Он укреплен на валу и создает необходимое сжатие горючего, вращаясь внутри камеры сгорания. В том, что Ванкелю всё же удалось довести принципиально новый двигатель до серийного производства, во многом заслуга Некарсульмских моторных заводов или сокращенно NSU. Позднее эту сравнительно небольшую фирму поглотил концерн AUDI. В 1964-м году на дорогах Германии появился небольшой автомобиль-кабриолет под названием Wankel-Spider, оснащенный первым в мире серийным роторно-поршневым двигателем. Плоский и компактный мотор объемом всего в 500 куб.см. и мощностьюв 50 л.с. размещался под багажником. До сотни км. в ч. Spider разгонялся за 16 секунд, а его максимальная скорость составляла 152 км. в ч. Для тех времен это были вполне достойные показатели.
В начале Spider страдал от перебоев системы зажигания. Но разработанное в 66-м году транзисторное зажигание помогло избавиться от этой проблемы. Не только фанаты, но и владельцы бензоколонок полюбили этот автомобильчик, потреблявший более 10 литров бензина на сто км и 5 литров масла на тысячу км. Главным недостатком был уровень шума мотора – машину было слышно задолго до её появления из-за поворота. Так что выпускалась она недолго и большим спросом не пользовалась – до октября 68-го года было продано лишь 2375 машины – вдвое меньше, чем планировалось. Зато Spider прекрасно чувствовал себя на виражах и благодаря этому в 1966 году его гоночный вариант выиграл ралли по горам Германии. Однако наиболее продвинутым немецким автомобилем с роторно-поршневым двигателем стал ставший в 1967 году на конвейер Ro-80. В том же году он без труда завоевывает звание «автомобиль года». Ro – означало «ротор», а число 80 должно было символизировать, что в данном случае речь идет об автомобиле будущего – автомобиле восьмидесятых годов.
И действительно – эта машина просто опередила время. Фирма NSU использовала компактность роторного двигателя для того, чтобы сделать Ro-80 переприводным с полуавтоматической коробкой. При объеме двигателя всего в один литр машина развивала 115 л.с. Максимальная скорость 180 км в ч. делала её одним из самых быстрых лимузинов той поры. Очертания кузова этой модели и её отдельные детали легко узнаются в AUDI-100 80-х годов. По замыслу стратегов NSU, Ro-80 должен был конкурировать с «Мерседесами». Но двигатели были ещё далеки от совершенства. Фирме пришлось создать целый склад для замены моторов, нередко выбывавших из строя всего после нескольких тысяч пройденных километров. Инженерам так и не удалось добиться полной герметичности статора – по сути, той же болезнью до сих пор страдают и современные варианты роторно-поршневых двигателей. На максимальной скорости Ro-80 расходовал ни много, ни мало — 18 литров бензина, и это на фоне разразившихся в 70-х первых энергетических кризисов. В 1977 году серийный выпуск автомобилей с двигателями Ванкеля в Германии был прекращен.
Рассказывает инженер Маркус Трунцер, работавший на NSU:
В 77-м году у нас уже был усовершенствованный вариант роторно-поршневого двигателя, и мы хотели ставить его на дорогие машины верхнего среднего класса, но потом, по техническим причинам и из соображений экономии, решили ограничиться традиционными моторами с поступательным движением поршней. Без сомнения, Wankel-Motor хорош своими небольшими размерами, равномерностью работы и плавностью хода. Однако недостатки, с которыми так и не удалось справиться полностью, перевесили все достоинства. Так, двигатель из-за большой поверхности камеры сгорания, обладал слишком низким термическим КПД, а потому и слишком низкой скоростью преобразования энергии и высокой потерей тепла. Кроме того, расход топлива был на 10-20 процентов выше, чем у традиционного мотора с поступательным движением поршней. Вдвое больше был и выброс вредных веществ. В общем, двигатель Ванкеля ушёл в историю и, по меньшей мере AUDI не собирается работать над его развитием, хотя и вспоминает о нём с удовольствием.
Сегодня только концерн Mazda продолжает работать с роторно-поршневыми моторами. Начали японские инженеры ещё в восьмидесятых со спортивной модели RX-3, оснащенной двигателем Ванкеля мощностью в 105 л.с. Машина была довольно популярной. Во многом благодаря высокому качеству двигателей и хорошему сервису. В середине 80-х заметного успеха добилась модель RX-7, имевшая счетверенный роторно-поршневой двигатель, развивавший до 170 л.с. В 90-х ему на смену пришел ещё более мощный двигатель мощностью в 270 лошадок. Сотни эта машина достигала за 5,3 секунд. В восьмидесятых годах Феликс Ванкель почувствовал себя тем самым пророком, которых, как известно, нет в своем отечестве. В 1988 году, незадолго до смерти, 86-летний Ванкель с горечью констаирует:
Японцы продали полтора миллиона роторно-поршневых моторов. Японцы продают ежегодно около ста тысяч спортивных автомобилей. Однако у нас до сих пор никто даже пальцем не пошевелил.
Дело гениального конструктора живет и сегодня.
Правда, по-прежнему в Японии. Прежде всего, это выпускающаяся серийно модель Mazda RX-8. Предлагаемые для неё силовые агрегаты — оба роторно-поршневые (один мощностью в 192, другой в 231 л.с.) При этом автомобиль обладает идеальной для машин с задним приводом развесовкой – 50/50 и очень низким центром тяжести, что крайне важно для управляемости. Машина представляет собой полукупе-полуседан, где, в дополнение к двум передним дверям, сзади, против хода, открываются не полноразмерные двери, а «половинки». На прошедшем совсем недавно Токийском автосалоне концерн Mazda в очередной раз продемонстрировал свою верность принципу Ванкеля. Там был представлен концепт-кар Mazda Senku (что означает в переводе на русский «пионер»), на который установлен двигатель нового поколения. Впрысковый роторно-поршневой мотор у этого похожего на инопланетного хищника автомобиля спарен с гибридным модулем. Силовая установка и батареи расположены по уже сложившейся в концерне традиции таким образом, что на каждую ось пришлась ровно половина веса автомобиля.
Сообщается, что электродвигатель не повлиял на спортивные характеристики роторного двигателя, а лишь улучшил экономичность и экологичность концепт-кара. И, наконец, ещё одна разработка под названием Mazda Premacy HRE Hybrid. Этот несколько курьезный силовой агрегат объединил в себе двигатель Ванкеля, функционирующий как на бензине, так и на водороде, а также электродвигатель, который может подрабатывать стартером и помогать двигателю, когда тот работает в зоне низких оборотов. Правда, когда эта концепция дорастет до серийного производства и дорастет ли вообще — пока не сообщается.
Помимо роторно-гибридного двигателя на нынешнем Токио Мотор Шоу были представлены и другие, ещё более смелые концепции. Вообще, всем тем, кто хочет знать, какими будут автомобили лет через десять, было просто необходимо побывать на Токийском автосалоне, закончившемся около неделю назад. По мнению многих экспертов, на этот раз особенно зримыми стали тенденции, наметившиеся в мировом автомобилестроении в последние годы.
Машины и всевозможные транспортные средства начинают приспосабливаться к требованиям стареющего общества; всё больше новых моделей ориентированы на индивидуальные запросы покупателей; развернулось настоящее сражение гибридных двигателей с дизельными и оказалось, что ожидание внедрения в серийное производство водородных силовых агрегатов может растянуться на многие годы, если не десятилетия. Но начнем по порядку. Ни для кого не секрет, что средний возраст жителей индустриальных стран стремительно приближается к пожилому. Причем, касается это не только самых развитых стран, таких как США, Япония или европейские государства, но и стран с быстро развивающейся экономикой, как выяснилось, даже Китая. А посему человек пожилой подбирает себе автомобиль по критериям, кажущимся людям молодым несущественными. Особые внимание конструкторы теперь уделяют возможностям посадки и высадки из автомобиля. Привычные двери, становятся, судя по всему, для разработчиков новых моделей табу. Всё большее распространение получают раздвижные двери на соленоидах, а также задние двери, открывающиеся против хода, при отсутствии средних или задних стоек.
(Кстати, пионером серийного производства таких кузовов выступила Mazda со своей моделью RX 8). Наиболее яркими примерами тому могут служить показанные в этом году Nissan Foria, созданный по образу и подобию легендарной итальянской Лянчи Фулвии, а также уже упоминавшаяся Mazda Senku. Особого внимания заслуживает Nissan Pivo. Главная его идея – поворачивающаяся на 360 градусов кабина, которая облегчает посадку и высадку в автомобиль, а также делает ненужными развороты машины на узких улочках. Разумеется, такое решение потребовало полного отказа от привычных схем, и управление осуществляется полностью по проводам (By Wire). Необычный концепт прошел испытания на улицах Токио, полностью подтвердив жизнеспособность заложенной в него идеи. Конечно, Nissan не собирается запускать Pivo в серию, но некоторые реализованные в нем решения планируется использовать в серийных автомобилях уже в ближайшее время. С этой точки зрения интересен и коцепт-кар Тойоты под названием Fine-X. У него вся боковая часть, превращена в единую дверь-крыло, поднимающуюся к верху.
Любопытно, что сидения поворачиваются на 90 градусов и выдвигаются из салона наружу. Пассажиру или водителю остается только, если можно так выразиться, «плюхнуться» в кресло, остальное берет на себя автоматика. Однако Тойота пошла ещё дальше и разработала концепцию, дающую возможность оставаться так сказать «на колесах» вне автомобиля. Речь идет о Personal Mobility Tool или I-Swing. Это своеобразное средство передвижения транспортирует одного человека, используя при этом в зависимости от скорости и наклона два или три колеса. Пожилые люди могли бы на ездить на нем, например, по пешеходным зонам. Для того, чтобы концепт-кар ни в коем случае не вызывал ассоциаций с современной инвалидной коляской его оформили по-молодежному, снаружи он оснащен большим ЖК-дисплеем, при помощи которого счастливый обладатель I-Swing’a может общаться с себе подобными.
Здесь самое время упомянуть и наиболее смелые концепции, рассчитанные на индивидуальные запросы потребителя. Например, в салоне концепт-кара Honda W.
O.W. есть комфортный отсек для собак, оборудованный специальной системой проветривания. Если W.O.W. создан для ублажения четвероногих членов семей, то Suzuki MOM, как следует из названия, предназначен для молодых матерей. Несмотря на скромные размеры, у автомобиля просторный салон, а переднее сидение может складываться, увеличивая пространство для прогулки малыша. Кроме того, в этот раз в Токио были представлены автомобили, рассчитанные на молодых меломанов, такие как концепт от Тойоты под названием bB, стильные машины в стиле пятидесятых годов, например Suzuki LC и Suzuki PX и так далее… Рассказать в одной передаче обо всех концепт-карах представленных на Токио Мотор Шоу попросту не возможно. Однако в наших следующих выпусках мы ещё не раз вернемся к представленным здесь идеям, многие из которых уже достаточно скоро будут реализованы в серийных моделях.
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!
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.
- Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, его движение неравномерно.
- Вращение происходит в одну сторону, но скорость меняется, движение пульсирующее.
- Двигатели с уплотнительными заслонками, сделанными в виде лопастей.
- Равномерно вращающийся ротор с заслонками, которые движутся вместе с ротором и выполняют функцию уплотнителя.
- 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.
Общая информация о роторных двигателях
Роторный двигатель (также известный как двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля) — это двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в 1954 году немецким инженером-механиком Феликсом Генрихом Ванкелем в качестве альтернативы классическому поршневому двигателю.
После некоторых технических усовершенствований, внесенных инженером Хансом Дитером Пашке, роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на собрании Союза инженеров Германии в Мюнхене в 1960 году.
Благодаря своей простоте, отличному соотношению мощности к весу, а также плавности хода и хорошей работы моторы Ванкеля были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности в 1960-х годах. В августе 1967 года NSU Motorenwerke AG привлекло большое внимание к очень современному NSU Ro 80, который имел 115-сильный двигатель Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль, признанный «Автомобилем года» в 1968 году.
В течение следующих десятилетий ряд крупных производителей автомобилей подписали лицензионные соглашения на разработку роторных двигателей Ванкеля, включая Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda.
После дальнейших усовершенствований двигателя, в том числе решения проблемы уплотнения верхушки, Mazda успешно использовала двигатели Ванкеля в своих спортивных автомобилях серии RX до 2012 года.
Технологическое преимущество роторных двигателей в автомобильной промышленности было подчеркнуто в 1991 году на выставке 24 Hours of Le Мужская гонка, так как автомобиль с 4-роторным двигателем Mazda 26B выиграл престижное соревнование.
В наши дни роторные двигатели Ванкеля, которые постоянно совершенствуются такими компаниями, как Wankel Supertec GmbH, можно найти в мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, малых судах и генераторах энергии.Следующий этап развития относится к использованию роторных двигателей внутреннего сгорания в наступающую эру низкоуглеродистого, экологически безопасного, надежного и доступного энергоснабжения. Таким образом, успешное испытание роторного двигателя Hydrogen 20 сентября 2019 года позволяет Wankel Supertec с уверенностью смотреть в будущее.
Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который использует один или несколько треугольных роторов для преобразования давления, создаваемого при сгорании топливовоздушной смеси, в кинетическую энергию.Объемы газа, транспортируемые в пространствах между торцами ротора и корпусом, поочередно выполняют четыре разные работы: а) всасывание; б) Компрессия; в) горение и г) выхлоп. Эти стадии известны как такты, что делает двигатель Ванкеля 4-тактным двигателем, похожим на поршневой двигатель Отто.
ВПУСК
Во время этой фазы падение давления, вызванное движением ротора, втягивает воздушно-топливную смесь. Эта смесь втягивается вокруг ротора и нагнетается во второй такт цикла.
СЖАТИЕ
По мере того как ротор продолжает вращаться, захваченный (заштрихованный) объем, заключенный между ротором и корпусом, уменьшается, сжимая топливно-воздушную смесь.
ГОРЕНИЕ
Когда активный объем смеси минимален, одна или несколько свечей зажигания инициируют горение, вызывая быстрое повышение давления и температуры.Внезапное расширение газообразной топливной смеси передает усилие на эксцентрик через ротор.
ВЫХЛОПНАЯ
По мере вращения расширяющиеся газы приводят в движение ротор до тех пор, пока выхлопное отверстие не станет открытым, выпуская их. Процесс выпуска продолжается, когда впускное отверстие открывается, чтобы начать новый цикл.
Благодаря своей конструкции двигатель Ванкеля намного легче, компактнее и проще классического поршневого двигателя.Нет ни возвратно-поступательного движения, ни кривошипов, клапанов, штоков или других сложных деталей, подверженных отказам. Двигатели Ванкеля содержат всего три движущихся части, что делает их более надежными, долговечными и удобными в обслуживании, чем их соперники с возвратно-поступательным движением. Кроме того, эти движущиеся части непрерывно вращаются в одном направлении, что обеспечивает более высокие рабочие скорости, простоту балансировки и низкий уровень вибрации. Благодаря беспрецедентному соотношению мощности к габаритам и мощности к массе, двигатели Ванкеля незаменимы в различных областях применения, начиная от сектора легких самолетов и комбинированных теплоэнергетических установок и заканчивая морской промышленностью.
Одним из основных недостатков двигателя Ванкеля является его низкий тепловой КПД. Длинная, тонкая и подвижная камера сгорания приводит к медленному и неполному сгоранию топливной смеси. Это приводит к более высоким выбросам углерода и более низкой топливной эффективности по сравнению с поршневыми двигателями. Однако этот недостаток превращается в преимущество при переходе на водородное топливо.
Еще одна слабость двигателей Ванкеля заключается в уплотнении ротора и вершины.Неидеальное уплотнение между краями ротора и корпуса — например, из-за износа или недостаточной центробежной силы в нижних диапазонах частоты вращения — может привести к утечке продуктов сгорания в следующую камеру.
Поскольку сгорание происходит только в одной секции роторного двигателя, существует большая разница температур в двух отдельных камерах. Как следствие, разные коэффициенты расширения материалов приводят к неоптимальному уплотнению ротора. Потребление масла также является проблемой, поскольку масло необходимо впрыскивать в камеры, чтобы добавить смазки и помочь сохранить герметичность ротора.
50 ЛЕТ РОТАЦИОННОЙ РЕВОЛЮЦИИ
Без роторного двигателя, наверное, не было бы Mazda. А без Mazda роторный двигатель, конечно, не производился бы почти 50 лет.
Именно инженеры Mazda реализовали уникальную концепцию двигателя Феликса Ванкеля и довели ее до коммерческого успеха пять десятилетий назад в этом году.
Роторный двигатель меньше и легче обычного поршневого двигателя, с превосходным соотношением мощности к массе.Поскольку в нем нет возвратно-поступательных деталей — только трехсторонний ротор, вращающийся в корпусе, он также работает тише и плавнее. Ротор также обеспечивает выдающуюся производительность при заданном рабочем объеме. Это было большим прорывом для компании, полной автолюбителей.
Mazda также приняла роторный двигатель, чтобы отличаться от других, — философия «бросить вызов условностям», которая сохраняется и по сей день. В 1950-х и 1960-х годах Министерство международной торговли и промышленности Японии, архитектор послевоенной промышленной политики страны, пыталось сделать свой зарождающийся автомобильный сектор конкурентоспособным на мировом рынке.Он хотел сократить количество автопроизводителей, рассуждая о том, что более крупные производители с большей вероятностью будут конкурировать с американскими и европейскими тяжеловесами. Более мелкие производители автомобилей, такие как Mazda, оказались уязвимыми для принудительного слияния.
Но производитель автомобилей, который «думает иначе», первопроходец смелого нового типа двигателя, с гораздо большей вероятностью сохранит свою независимость. Роторный двигатель: отличная причина купить Mazda — автомобиль, который понравился не только тем, кто просто хотел добраться из пункта А в пункт Б.
Высоко оцененный роторный Cosmo Sport (также известный как 110S) 1967 года не только укрепил репутацию Mazda как небольшого, но очень влиятельного производителя автомобилей, но и в конечном итоге гарантировал компании постоянное место на автомобильном небосклоне.
Преодоление невзгод
В то время как другие автопроизводители пытались сделать роторный двигатель успешным, но безуспешно, Mazda упорно отказывалась позволить сложным двигателям встать у них на пути. Постоянно возникающая проблема заключалась в появлении царапин, получивших название «следы дьявольских когтей», на внутренней поверхности корпуса двигателя.Это было вызвано тем, что верхние уплотнения треугольного ротора дергались, а не плавно скользили по внутреннему корпусу. Такая оценка привела к плохой стойкости уплотнения и вызвала преждевременный отказ от предложений роторных двигателей от многих других производителей автомобилей (см. Панель справа). Инженеры Mazda
под руководством Кеничи Ямамото в конечном итоге не только решили проблему с уплотнением из графит-алюминиевого сплава, но и устранили другие недостатки, такие как чрезмерный расход масла и отсутствие крутящего момента на низких оборотах. В конце концов роторный двигатель стал реальным, сочетая надежность с впечатляющей мощностью для своего размера.
Эта выигрышная комбинация привела к значительному успеху в продажах Mazda в 1970-х годах. Около 100 000 автомобилей с роторным приводом было продано в США только в 1972 году, а в оставшееся десятилетие половина автомобилей Mazda была произведена с роторным двигателем.
Известные роторы
Автомобили с роторным двигателем: прошлое, настоящее и будущее
Мы все знаем о мнениях — у каждого есть свое мнение и так далее, — но, возможно, в автомобильном мире нет ничего столь же вызывающего разногласия, как роторный двигатель.Поклонники будут ликовать о присущей им плавности и великолепной возможности изменения, в то время как все остальные будут бормотать что-то о наконечниках ротора, NSU Ro80 и замененных двигателях. Но где же правда? Был ли роторный двигатель автомобильным тупиком или ему следовало дать еще один шанс?
История
Роторный двигатель был детищем немецкого инженера Феликса Ванкеля (поэтому его часто называют роторным двигателем Ванкеля), которому в 1929 году был выдан патент на этот новый тип двигателя внутреннего сгорания.Тем не менее, только после Второй мировой войны в NSU всерьез начались дальнейшие разработки: Ванкель разработал один двигатель, а второй, построенный под руководством Ханна Дитера Пашке, в конечном итоге был принят в качестве образца современного двигателя. роторный двигатель.
В начале 1960-х Mazda и NSU объединили усилия для дальнейшей разработки роторного двигателя и устроили почти официальную гонку, чтобы увидеть, кто первым сможет запустить в производство роторный двигатель. NSU победила дебютом NSU Spider, за которым последовал (не) знаменитый Ro80.Тем временем Mazda могла быть черепахой для зайца NSU, но ее двигатель в некоторых отношениях был решен лучше, и именно Mazda произвела несколько серийных автомобилей с роторным двигателем, в частности, поколения моделей RX.
> Роторный двигатель Mazda — 50 лет роторным автомобилям
Как это работает?
Практически единственный элемент, который роторный двигатель разделяет с традиционным бензиновым агрегатом, — это то, что он использует те же четыре ступени — впуск, сжатие, зажигание и выпуск — но этот процесс не выполняется цилиндрами и поршнями в традиционном смысле.В роторном двигателе типичный цикл Отто имеет место в камере овальной формы, в которой вращается треугольный ротор, эффективно заменяя поршни в традиционном двигателе.
Для тех из вас, кто достаточно взрослый, чтобы помнить, как выглядел набор чертежей спирографа, это очень хорошо отражает вид движения ротора в его корпусе. Когда ротор перемещается по камере, он расширяется и сжимает содержащиеся внутри газы, втягивая воздух в камеру и вытесняя выхлопные газы.Через центр ротора проходит выходной вал, который связан с помощью набора планетарных шестерен, чтобы концы ротора контактировали со стенками «цилиндра», в то время как эксцентриковый вал передает мощность на маховик.
Фаза впуска начинается, когда кончик ротора проходит мимо впускного отверстия — здесь нет необходимости в клапанах, впускные и выпускные отверстия всегда открыты — и по мере увеличения размера камеры втягивается топливно-воздушная смесь. , и когда следующий конец ротора проходит через впускное отверстие, камера закрывается, что позволяет перейти к следующему этапу.По мере вращения ротора камера, в которой находится топливно-воздушная смесь, становится меньше, что приводит к сжатию смеси, что позволяет начать горение при подаче искры от традиционных свечей зажигания.
Две свечи обычно устанавливаются на роторный двигатель, так как из-за формы камеры сгорания возникающее пламя будет слишком долго перемещаться внутри камеры, что приведет к образованию слишком большого количества несгоревших газов. Как только кончик ротора проходит через выхлопное отверстие, отработанные газы удаляются, завершая цикл.
Какие преимущества?
Итак, это краткое изложение теории, но где же преимущества по сравнению с традиционным двигателем внутреннего сгорания? Во-первых, здесь гораздо меньше движущихся частей, нет распредвалов и клапанов, о которых нужно беспокоиться. Во-вторых, поскольку ротор и связанные с ним валы работают в одном круговом движении, роторный двигатель имеет тенденцию быть намного более плавным, чем традиционный двигатель с его возвратно-поступательным движением.
И хотя ротор проходит тот же четырехтактный цикл, что и традиционный двигатель, каждый из трех лопастей ротора проходит через этот процесс непрерывно, поэтому фактически существует три такта мощности на каждый оборот двигателя.Таким образом, роторные двигатели, как правило, имеют высокую удельную мощность — 1-литровый двигатель в NSU Ro80 выдавал 114 л.с. чрезвычайно впечатляюще в конце 1960-х годов.
Поскольку роторные двигатели очень компактны по конструкции, физический размер двигателя значительно меньше, чем у традиционного двигателя внутреннего сгорания, что также дает очевидные преимущества с точки зрения экономии веса и упаковки.
Есть недостатки?
К сожалению, много. Первоначально у NSU была проблема с конструкцией наконечников ротора, из-за которых они либо теряли контакт со сторонами камеры, либо повреждали стенки камеры, что приводило к многочисленным претензиям по гарантии и замене двигателей.Это было настолько финансово, что NSU в конечном итоге перешла к Audi. В то время как Mazda лучше справилась с решением проблемы наконечников ротора, в целом роторный двигатель не так долговечен, как обычный агрегат, что приводит к необходимости ремонта на более раннем этапе эксплуатации автомобиля, чем двигатель с обычным двигателем.
Роторный двигатель также не очень экономичен и имеет низкие оценки в тестах на выбросы загрязняющих веществ. Даже с двумя свечами, обеспечивающими искру для сгорания, форма и размер камеры сгорания действительно означает, что значительное количество несгоревшего топлива выходит через выхлопное отверстие, делая автомобиль с роторным двигателем более голодным, чем автомобиль с обычным двигателем.Гораздо лучшим предложением был бы роторный двигатель, работающий на водороде, поскольку его значительно более летучая природа не приводила бы к утечке несгоревшего топлива.
Что еще хуже, роторные двигатели нуждаются в том, чтобы их камеры ротора смазывались маслом, и даже при точном впрыске очень небольших количеств, чтобы роторы не повредили стенки камеры, неизбежно, что часть этой смазки будет выброшена вместе с выхлопом. газы, усугубляющие их выбросы.
Наша пятерка лучших автомобилей с роторными двигателями
Несмотря на свои проблемы, роторные двигатели часто возвращаются назад, особенно Mazda, главный сторонник их достоинств.В 2015 году в Токио была представлена концепция RX-Vision, но серийная версия так и не была реализована, и хотя были разговоры о том, что роторный двигатель используется в качестве расширителя диапазона для электромобилей несколькими производителями (включая, что неудивительно, Mazda), поскольку пока серийных моделей не было.
А пока нам придется наслаждаться теми роторными двигателями из прошлого. Вот наша пятерка.
NSU Ro80
В то время как люди более молодого возраста почти наверняка подумают о Mazda, когда их спросят о машине с роторным двигателем, для людей определенного возраста NSU Ro80 будет первым автомобилем, который придет на ум.И по совершенно неправильным причинам. Большинство из них не помнит его передовой дизайн, использование круглых дисков или его мощность в 114 л.с. из одного литра емкости.
Нет, большинство будет помнить сгоревшие наконечники ротора, ремонт двигателя на расстоянии 30 км / км и репутацию человека с хронической ненадежностью. Это будет несправедливое примечание в учебниках истории роторного двигателя — это был отличный автомобиль для вождения, и во многих отношениях он был на десять лет раньше своего времени. Да, вначале у него были проблемы с двигателем, но они были решены в течение его срока службы.Однако для NSU было уже слишком поздно, и, несмотря на десятилетний производственный цикл, было выпущено всего 37 398 экземпляров, а финансовое бремя автомобиля ускорило безвременную кончину NSU.
Mazda RX-7 (третье поколение)
Несмотря на объем всего 1,3 литра, Mazda RX-7 Mk3 была хороша на 252 л.с., в немалой степени благодаря двойным турбонагнетателям, и при небольшой снаряженной массе в 1218 кг. был наделен 210 л.с. на тонну. Небольшой двигатель был установлен прямо рядом с переборкой для конфигурации с передним и средним расположением двигателя — он был исключительно маневренным и делал его достойным автомобилем для водителя.
Играя главные роли во многих гоночных играх, таких как Need for Speed и Grid , автомобиль оставался знаменитым еще долгое время после прекращения производства в 2002 году. Сегодня автомобиль вспоминают как культового героя. И хотя это правда, что роторный двигатель RX-7 может нуждаться в ремонте всего за 60 000 миль (основная причина — изношенные концы ротора), ухоженный RX-7, безусловно, является заманчивой перспективой.
Citroën GS Birotor
Классический случай правильного автомобиля, неправильного времени? Мы никогда не узнаем, но Citroën GS Birotor был основан на популярном GS, и с его двигателем объемом 995 куб. См, развивающим 106 л.с., он должен был быть подходящей моделью с максимальным запасом хода.Это был не только более быстрый, чем обычный GS, но и более качественный продукт, с дисковыми тормозами со всех сторон и более роскошным интерьером.
Но, как и все автомобили с роторным двигателем, у него была трагическая жажда топлива, и его запуск в октябре 1973 года, к сожалению, совпал с нефтяным кризисом 1973 года. Цены на топливо взлетели, и покупатели стали держаться подальше, отдавая предпочтение более экономичной технике. Всего было продано 847 экземпляров, прежде чем Citroën прекратил поставки, даже попытался выкупить все экземпляры, которые он уже поставил.В результате сегодня выживают очень немногие GS Birotors.
Mercedes C111
Хотя изначально предполагалось, что это будет только исследовательский проект, Mercedes C111 должен быть в самом верху списка концептов, которые мы хотели бы построить. Футуристический стиль Бруно Сакко был возвышенным — без сомнения, этому способствовал его чудесный оранжевый оттенок — но, возможно, часто забывают, что два экземпляра были сделаны с роторными двигателями.
C111-I 1969 года имел трехроторный двигатель Ванкеля мощностью 276 л.с., в то время как C111-II 1970 года имел четырехроторный двигатель мощностью 345 л.с., что давало им максимальную скорость 168 и 186 миль в час соответственно, в то время как C111-II имел 0-62 миль в час всего за 4.9сек. Однако даже инженеры Mercedes не смогли заставить его работать должным образом, сославшись на проблемы с надежностью и долговечностью, а также на потенциальные проблемы с прохождением правил выбросов США.
Mazda 787B
Эпоха Группы C породила прекрасную технику, возможно, ничто не лучше, чем единственный автомобиль без поршневого двигателя, выигравший в Ле-Мане — Mazda 787B. 2,6-литровый четырехроторный агрегат автомобиля выдавал 697 л.с. при 9000 об / мин и 448 фунт-фут крутящего момента при 6500 об / мин в гоночной комплектации (Mazda утверждает, что 845 л.с. могли быть произведены в квалификационных спецификациях), гарантируя, что соотношение мощности к весу двигателя было значительно лучше, чем у его конкуренты с более крупными двигателями.
Тем не менее, конкуренты, такие как твин-турбо V8 C11 от Mercedes, были быстрее на одном круге. Но что интересно, безнаддувный роторный агрегат 787B превзошел тенденцию, установленную где-либо в этом списке, будучи удивительно надежным. Это позволило ему превзойти все шансы и выиграть «24 часа Ле-Мана» 1991 года под управлением Джонни Герберта, Фолькера Вайдлера и Бертрана Гашо. Впоследствии роторные автомобили были запрещены в Ла Сарте, но победа 1991 года продемонстрировала, что при правильной разработке роторный двигатель может конкурировать с лучшими поршневыми механизмами и превосходить их.
Ротари 50 лет | Внутри Mazda
В последнее время главной проблемой роторного двигателя была его относительно низкая топливная экономичность и более высокий уровень выбросов по сравнению с лучшими современными бензиновыми или дизельными двигателями, включая собственные силовые установки Mazda SKYACTIV. Но когда его потенциальные преимущества настолько поразительны — легкий, компактный, плавный, тихий, свободно развивающийся — несомненно, у роторного двигателя есть будущее?
Роторный двигатель действительно может быть на грани возвращения. В качестве основного источника энергии он может быть сравнительно более голодным, поскольку обороты повышаются и падают, а нагрузки меняются.Но при постоянных и оптимальных оборотах, таких как у генератора, он идеален. Неудивительно, что Mazda экспериментировала с использованием этих восхитительно небольших двигателей — треть размера обычного бензинового или дизельного двигателя — в качестве бортовых генераторов энергии или «расширителей диапазона». В 2013 году Mazda продемонстрировала крошечный однороторный агрегат объемом 330 куб. См, генерирующий бортовую мощность для электрической Mazda2. Развитие продолжается.
Есть и другие возможности в будущем. Роторные двигатели могут превосходно работать на водороде, самом распространенном элементе во Вселенной.Кроме того, он очень чистый: при сжигании водорода образуется только водяной пар. Mazda построила ряд экспериментальных роторных двигателей с водородным двигателем, в том числе арендованный на коммерческой основе парк RX-8 для экологического исследования, проведенного с правительством Норвегии.
Независимо от технического направления, которое роторный двигатель примет в будущем, одно более чем вероятно: он будет прекрасным. На Токийском автосалоне 2015 года Mazda продемонстрировала впечатляющий концепт спортивного автомобиля RX-Vision (вверху). Буквы RX, которые традиционно предшествуют моделям Mazda с роторным двигателем, RX-Vision ускорили импульсы энтузиастов роторных двигателей во всем мире.Mazda просто заявила в то время, что роторные двигатели остаются символом неустанно сложного духа компании, и что исследования и разработки роторных двигателей продолжаются. Но кто из компании, которая обнаружила печально известные следы когтей дьявола и нанесла роторы на автомобильную карту мира, кто что-то исключит?
Роторный двигатель — шедевр инженерной мысли
При покупке новенького автомобиля 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 знать, 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, совершает 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 | MazdaСВЯЗАННЫЙ: 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 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 необычно?
Mazda RX-792P | Аллан Хэмилтон / Icon Sportswire через Getty ImagesРоторный двигатель по своей конструкции идеально подходит для жизни в мире автоспорта.Одна из причин, по которой мы не видим роторные двигатели в серийных автомобилях, связана с расходами 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 сняла его с производства в 2012 году.
двигатель Ванкеля | Инжиниринг | Fandom
Двигатель Ванкеля в Немецком музее Мюнхена, Германия
Роторный двигатель Ванкеля — это двигатель внутреннего сгорания, изобретенный немецким инженером Феликсом Ванкелем, в котором вместо поршневых поршней используется ротор.Эта конструкция обещает плавную мощность на высоких оборотах от компактного и легкого двигателя;
Однако двигателиВанкеля критикуют за низкую топливную экономичность и низкий уровень выбросов выхлопных газов.
С момента своего появления в автомобилях NSU Motorenwerke AG (NSU) и Mazda в 1960-х годах двигатель обычно назывался роторным двигателем , это название также применялось к нескольким совершенно различным конструкциям двигателей.
Хотя многие производители лицензировали дизайн, и Mercedes-Benz использовал его для своего концептуального автомобиля C-111, только Mazda производила двигатели Ванкеля в больших количествах.С 2005 года двигатель доступен только в Mazda RX-8.
Цикл Ванкеля. Буквой «А» отмечена одна из трех вершин ротора. Буквой «B» отмечен эксцентриковый вал, который поворачивается три раза за каждый оборот ротора.
В двигателе Ванкеля четыре такта типичного двигателя с циклом Отто расположены последовательно вокруг овала, в отличие от возвратно-поступательного движения поршневого двигателя. В базовом однороторном двигателе Ванкеля единственный овальный (технически эпитрохоидный) корпус окружает трехсторонний ротор (треугольник Рило), который вращается и перемещается внутри корпуса.Стороны ротора уплотняют стороны корпуса, а углы ротора уплотняют внутреннюю периферию корпуса, разделяя его на три камеры сгорания.
По мере того как ротор вращается, его движение и форма корпуса заставляют каждую сторону ротора приближаться и дальше от стенки корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания аналогично «ходам» в поршневом двигателе. Однако, в то время как обычный четырехтактный двигатель производит один такт сгорания на цилиндр на каждые два оборота (то есть, половину рабочего хода мощности на оборот на цилиндр), каждая камера сгорания каждого ротора в двигателе Ванкеля генерирует один такт сгорания на один оборот. (то есть три рабочих хода на оборот ротора).Поскольку выходной вал Ванкеля предназначен для вращения со скоростью, в три раза превышающей скорость ротора, это становится одним тактом сгорания на оборот выходного вала на ротор, в два раза больше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, и аналогично выходу двухтактного двигателя. тактный двигатель. Таким образом, выходная мощность двигателя Ванкеля обычно выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя аналогичного рабочего объема в аналогичном состоянии настройки, и выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя аналогичных физических размеров и веса.
Национальные агентства, взимающие налоги с автомобилей в соответствии с рабочим объемом и регулирующие органы в автомобильных гонках, по-разному считают, что двигатель Ванкеля эквивалентен четырехтактному двигателю с рабочим объемом в 1,5–2 раза; некоторые регулирующие агентства гонок считают, что это дает настолько явное преимущество, что они вообще запрещают его.
Двигатели Ванкеляимеют несколько основных преимуществ по сравнению с поршневой конструкцией с возвратно-поступательным движением, а также имеют более высокую мощность при аналогичном рабочем объеме и физических размерах.Двигатели Ванкеля значительно проще и содержат гораздо меньше движущихся частей. Например, поскольку клапаны выполняются с помощью простых отверстий, прорезанных в стенках корпуса ротора, у них нет клапанов или сложных цепей клапанов; кроме того, поскольку ротор соединен непосредственно с выходным валом, нет необходимости в шатунах, обычном коленчатом валу, балансировочных грузах коленчатого вала и т. д. Устранение этих деталей не только делает двигатель Ванкеля намного легче (обычно вдвое меньше, чем у двигателя Ванкеля). обычный двигатель с эквивалентной мощностью), но он также полностью устраняет возвратно-поступательное движение поршневого двигателя с его внутренней деформацией и присущей ему вибрацией из-за повторяющихся ускорений и замедлений, обеспечивая не только более плавный поток мощности, но и способность производить больше мощности при работе на более высоких оборотах.
В дополнение к повышенной надежности за счет устранения этой возвратно-поступательной нагрузки на внутренние части, конструкция двигателя с железным ротором внутри корпуса из алюминия, который имеет большее тепловое расширение, гарантирует, что даже при сильном перегреве двигатель Ванкеля двигатель не заклинивает, как это может случиться с перегретым поршневым двигателем; это существенное преимущество в плане безопасности при использовании воздушного судна.
Простота конструкции и меньшие размеры двигателя Ванкеля также позволяют снизить затраты на строительство по сравнению с поршневыми двигателями сопоставимой выходной мощности.
В качестве еще одного преимущества форма камеры сгорания Ванкеля и турбулентность, создаваемая движущимся ротором, предотвращают образование локализованных горячих точек, что позволяет использовать топливо с очень низким октановым числом без предварительного воспламенения или детонации, что является особым преимуществом для автомобилей с водородом. . Эта особенность также вызвала большой интерес в Советском Союзе, где высокооктановый бензин был редкостью.
Конструкция двигателя Ванкеля требует наличия множества скользящих уплотнений и корпуса, который обычно представляет собой сэндвич из чугуна и алюминия, которые расширяются и сжимаются в разной степени под воздействием циклов нагрева и охлаждения.Эти элементы приводили к очень высокой частоте потери уплотнения как между ротором и корпусом, так и между различными деталями, составляющими корпус. Дальнейшие инженерные работы Mazda позволили решить эти проблемы, но затем компания столкнулась с внезапной глобальной озабоченностью как по поводу выбросов углеводородов, так и по поводу роста стоимости бензина — двух наиболее серьезных недостатков двигателя Ванкеля.
Так же, как форма камеры сгорания Ванкеля предотвращает преждевременное возгорание, она также приводит к неполному сгоранию топливовоздушного заряда, при этом оставшиеся несгоревшие углеводороды выбрасываются в выхлоп.Сначала, когда производители автомобилей с поршневыми двигателями обращались к дорогостоящим каталитическим нейтрализаторам для полного окисления несгоревших углеводородов, Mazda смогла избежать этих затрат, парадоксальным образом обогатив топливно-воздушную смесь в достаточной степени, чтобы получить поток выхлопных газов, достаточно богатый углеводородами. фактически поддерживать полное сгорание в «термическом реакторе» (просто увеличенная открытая камера в выпускном коллекторе) без необходимости в каталитическом нейтрализаторе, тем самым производя чистый выхлоп за счет некоторого дополнительного расхода топлива.
Связанная причина неожиданно плохой экономии топлива связана с внутренними недостатками конструкции ротора Ванкеля при использовании с обычным топливом. Некоторые исследования показали, что на высоких скоростях скорость увеличения объема камеры сгорания в моменты после воспламенения фактически превышает расширение горящего топлива. В результате на высоких скоростях из того же объема топлива извлекается меньше полезной энергии, поскольку выхлопные газы должны тратить время и энергию, «догоняя» ротор, прежде чем он сможет выполнить какую-либо работу.
В типичном серийном двухроторном двигателе Ванкеля не используется подшипник между двумя роторами, что позволяет использовать цельный эксцентриковый вал. Этот компромисс позволяет удешевить производство за счет пиковых оборотов двигателя из-за изгиба эксцентрикового вала. В двигателях, имеющих более двух роторов, или в двигателях с двумя обгонами ротора, предназначенных для использования на высоких оборотах, должен использоваться составной эксцентриковый вал, позволяющий установить дополнительные подшипники между роторами. Хотя этот подход действительно увеличивает сложность конструкции эксцентрикового вала, он успешно использовался в производстве трехроторных двигателей некоторыми автопроизводителями, а также во многих гоночных двигателях небольшого производства.
Многие недостатки двигателя Ванкеля были устранены другим производителем. Выхлопные отверстия, которые в прежних роторных двигателях располагались в корпусах ротора, были перенесены в стороны от камеры сгорания. Такой подход позволил более раннему производителю устранить перекрытие между отверстиями впускного и выпускного отверстий, одновременно увеличив площадь выпускного отверстия. Расход топлива теперь находится в пределах нормы, установленной некоторыми государственными требованиями к выбросам.
Авиационные двигатели [править | править источник]
Превосходная удельная мощность, надежность и небольшая площадь лобовой части Wankel делают его особенно подходящим для использования с авиационными двигателями.Они вызвали большой интерес к этой роли в 1950-х годах, когда эта конструкция впервые стала широко известной, но в то же время почти вся отрасль перешла на реактивный двигатель, который, по мнению многих, будет единственным используемым двигателем. в течение десятилетия. Ванкель страдал от отсутствия интереса, и когда позже выяснилось, что реактивный двигатель был слишком дорог для всех ролей, мир авиации общего назначения уже сжался настолько, что на новые конструкции двигателей было мало денег.Тем не менее интерес к ним для малой авиации не исчез.
Самолеты Ванкельса вернулись в последующие годы. Ни одно из их преимуществ не было потеряно по сравнению с другими двигателями, а использование более качественных материалов помогло решить проблему торцевого уплотнения (Apex-seal). Их все чаще можно найти в ролях, где важны их компактный размер и бесшумность, особенно в дронах или БПЛА. Многие компании и любители адаптируют роторные двигатели Mazda к использованию в самолетах; другие, в том числе сама Wankel GmbH, производили роторные двигатели Wankel, предназначенные для этой цели.
Другое использование [править | править источник]
Малые двигатели Ванкеля все чаще используются в других сферах, например, в картингах, личных плавсредствах и вспомогательных силовых установках для самолетов. Некоторые использовали двигатель Ванкеля для авиамоделей, который производился практически без изменений с 1970 года; даже с большим глушителем вся упаковка весит всего 380 граммов.
Простота двигателя Ванкеля делает его идеальным для мини-, микро- и микро-мини-двигателей.
Самый большой двигатель Ванкеля был доступен в модификациях с одним ротором мощностью 550 л.с. (410 кВт) и с двумя роторами на 1100 л.с. (820 кВт) с рабочим объемом 41 литр на ротор с диаметром ротора примерно один метр.За счет ограничения частоты вращения двигателя до 1200 об / мин и использования природного газа в качестве топлива двигатели были выбраны для привода насосов на трубопроводах природного газа.
Было также выпущено ограниченное количество мотоциклов с двигателями Ванкеля.
Помимо использования в двигателях внутреннего сгорания, базовая конструкция Ванкеля также использовалась для воздушных компрессоров и нагнетателей для двигателей внутреннего сгорания, но в этих случаях, хотя конструкция по-прежнему предлагает преимущества в надежности, основные преимущества Ванкеля по размеру и весу по сравнению с четырехтактным двигателем внутреннего сгорания значения не имеют.В конструкции, использующей нагнетатель Ванкеля на двигателе Ванкеля, нагнетатель в два раза больше двигателя!
Пожалуй, наиболее экзотическое применение конструкции Ванкеля — это система преднатяжителя ремня безопасности Volkswagen New Beetle. В этом автомобиле, когда датчики замедления обнаруживают потенциальную аварию, небольшие взрывные патроны срабатывают электрически, и образующийся под давлением газ подается в крошечные двигатели Ванкеля, которые вращаются, чтобы компенсировать провисание систем ремней безопасности, надежно закрепляя водителя и пассажиров на сиденье. перед любым столкновением.
- цитировать книгу | автор = Ямагути, Джек К. | title = Новые спортивные автомобили Mazda RX-7 и Mazda с роторным двигателем | издатель = St. Martin’s Press, Нью-Йорк | год = 1985 | id = ISBN 0312694563
- цитировать в Интернете | title = Сборник производственных и экспериментальных данных двигателя Ванкеля | работа = Monito.com | url = http: //www.monito.com/wankel/engines.html | accessdate = 24 февраля | accessyear = 2005
Rotary vs Piston — DSPORT Magazine
T Роторный двигатель Ванкеля: самое ценное предложение Mazda также является источником сотен веселых интернет-мемов.В то время, когда поршневые двигатели внутреннего сгорания были основной технологией, используемой в автомобилях, Mazda решила разработать конкурирующую технологию. В начале 70-х роторные двигатели использовались почти во всех автомобилях модельного ряда Mazda. Когда случился кризис газа, он по-прежнему использовался в высокопроизводительных автомобилях Mazda. Mazda Rotary имела преимущества по сравнению с поршневыми двигателями, но также имела большой список недостатков. Давайте посмотрим, что отличает его от поршневого двигателя, а также некоторые его плюсы и минусы.
Текст Бассема Гиргиса и Джима Медерера // Фотографии Staff и Racing Beat
ДСПОРТ Выпуск № 206Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из блока, кривошипа, шатунов, поршней, головок, клапанов, распределительных валов, системы впуска, системы выпуска и системы зажигания. Все они работают вместе, чтобы преобразовать химическую энергию в механическую энергию, которая позволяет вашему автомобилю двигаться. Внутри блока коленчатый вал соединен с несколькими шатунами (в зависимости от того, сколько цилиндров у вашего двигателя), а шатуны прикреплены к тому же количеству поршней.Когда поршни двигаются вверх и вниз, они вращают коленчатый вал с помощью шатунов.
Начиная с поршня в верхней мертвой точке (первый шаг в четырехтактном цикле), впускные клапаны открываются, а выпускные клапаны закрыты (открытие и закрытие регулируется распределительным валом, который синхронизируется с коленчатым валом с помощью ремня. или цепочка). По мере того как коленчатый вал продолжает вращаться, он опускает поршень, всасывая воздух в цилиндры. К тому времени, когда поршень достигает дна, цилиндр уже заполнен воздухом и топливом.
Для завершения полного четырехтактного процесса поршень должен сделать два полных прохода в цилиндре.
Затем поршень начинает движение вверх во время такта сжатия. Во время этого хода впускной и выпускной клапаны закрыты. Движение поршня вверх сжимает смесь воздуха и топлива, которая смешивает молекулы воздуха и топлива по мере их сближения. В результате этого процесса создается смесь, оптимизированная для сгорания. Как только поршень снова окажется около верхней мертвой точки, свеча зажигания загорится, чтобы вызвать горение в цилиндре.
Рабочий ход создает контролируемое сгорание, вызываемое искрой. Сгорание толкает поршень вниз по цилиндру. Давление, создаваемое сгоранием, является движущей силой, которая приводит в движение колеса вашего автомобиля. Когда поршень приближается к нижней мертвой точке, выступ выпускного распределительного вала начинает открывать выпускной клапан, готовясь к последнему такту в четырехтактном цикле.
Когда цилиндр снова начинает подниматься, выпускные клапаны открываются полностью. Это позволяет выхлопным газам выходить из цилиндров, чтобы снова освободить место для следующего четырехтактного цикла.Выхлопные газы выходят через выпускной коллектор, через каталитический нейтрализатор и через выхлопную трубу и глушитель. К тому времени, когда поршень снова окажется в верхней мертвой точке, выпускной клапан почти закрыт, а впускной клапан начинает открываться. Затем процесс повторяется.
Роторный двигатель имеет тот же четырехтактный цикл, что и поршневой двигатель, для выработки мощности на маховике. В отличие от поршневого двигателя, в котором сгорание происходит в цилиндре, роторный двигатель полагается на давление, содержащееся в камере в корпусе, которая герметизирована одной стороной ротора.Два ротора используются вместо поршней. Ротор трехсторонний, который вращается вокруг корпуса ротора с помощью эксцентрикового вала. Три стороны изогнуты в три лепестка, а корпус ротора имеет форму грубой восьмерки (8). Когда ротор вращается внутри корпуса, зазор между ротором и корпусом меняется между большим и маленьким.
В то время как в поршневом двигателе для распределительных валов и клапанов используется зубчатый ремень или цепь, единственная цепь, которую использует роторный двигатель, — это масляный насос.
Воздух и топливо попадают в корпус ротора по мере увеличения объема между одной из лопастей ротора и стенкой корпуса. Когда ротор вращается и объем увеличивается, создается вакуум, который втягивает воздух и топливо в корпус. Как только кончик одной из сторон ротора покидает эту зону всасывания, следующая сторона ротора начинает процесс всасывания. Ротор продолжает вращаться до тех пор, пока объем между лопастью ротора и стенкой корпуса не начнет уменьшаться.Это сжимает смесь воздуха и топлива, подобно тому, как это делает поршневой двигатель, когда поршень движется вверх. Затем сжатая смесь попадает в следующую часть корпуса, где находится свеча зажигания. Свеча зажигания загорается, воспламеняя сжатую смесь. В то время как нижняя свеча зажигания воспламеняет большую часть смеси через большее отверстие, верхняя свеча зажигания воспламеняет топливо в меньшем конце камеры сгорания. Воспламеняющийся воздух и топливо сгорают (горит с контролируемой скоростью), что приводит в движение ротор по часовой стрелке.Поскольку ротор продолжает вращаться после первого удара, объем между ротором и корпусом увеличивается, что позволяет газам расширяться. Последний шаг — это когда объем уменьшается в последний раз, чтобы вытеснить выхлопные газы через выхлопные отверстия, прежде чем сделать еще один круг и снова запустить четырехтактный цикл.
Горение — это то, что движет большинством двигателей. И роторные, и поршневые двигатели имеют четырехтактный цикл. Четырехтактный ход относится к такту впуска, такту сжатия, такту мощности и такту выпуска.Оба двигателя нуждаются в воздухе, топливе и искре для работы.
Все углы поворота указаны для выходного вала (эксцентрикового вала / коленчатого вала), а не для ротора. Оба двигателя сжигают сжатую топливно-воздушную смесь для развития мощности вращения. Оба двигателя четырехтактные.
Ротор вращается вокруг эксцентрикового вала внутри корпуса. Воздух сжимается вместе с топливом, затем вводится искра , и, наконец, выхлоп выходит через выпускное отверстие.
Тем не менее, одно большое различие между ними заключается в том, что у реципиента 180 градусов на ход (или 4 x 180 = 720 градусов на термодинамический цикл, это два оборота кривошипа для одного полного четырехтактного цикла в цилиндре), а у поворотного — 270 градусов. градусов на «ход» (или 4 x 270 = 1080 градусов на термодинамический цикл, это три оборота кривошипа на один полный оборот ротора). Да, возможно, вам придется немного подумать об этом, но поверьте нам, это правда.
Для каждого целого ротора вырабатывается в два раза больше импульсов мощности, чем для одноцилиндрового приемника.Это означает, что 1,3-литровый двигатель производит в 1,5 раза больше мощности и крутящего момента, чем двигатель аналогичного объема.
Это имеет как хорошие, так и плохие последствия. Предполагая, что оба двигателя имеют одинаковые максимальные обороты, это означает, что роторный двигатель имеет в 1,5 раза больше миллисекунд для выполнения каждого «хода». Это одна из причин, по которой роторные двигатели так хорошо дышат — у них больше времени (в миллисекундах), чтобы втягивать и выплевывать смесь.
У них также больше времени для рабочего хода — реальный плюс для получения максимальной отдачи от продуктов сгорания, особенно на высоких оборотах.Теперь о плохом. Ротор также имеет в 1,5 раза больше миллисекунд для передачи тепла от горящей смеси маслу и воде.
Это одна из причин, по которой роторные двигатели расходуют больше тепла в процессе охлаждения. Другое следствие состоит в том, что если вы рассматриваете только одну боковую поверхность одного ротора, роторный двигатель получает только 2/3 импульсов мощности от реципиента. Однако на самом деле у каждого ротора есть три стороны, каждая в разных точках термодинамического цикла, поэтому каждый полный ротор фактически дает в два раза больше импульсов мощности (в 3 раза 2/3), чем одноцилиндровый реципиент.Смущенный? Найдите минутку, чтобы изучить рисунки 2 и 3 и погрузиться в них. Суть в том, что 1,3-литровый роторный двигатель обеспечивает мощность и крутящий момент в 1,5 раза больше, чем двигатель аналогичного размера. Это как 2,0-литровый поршневой двигатель.
Другими словами, двухроторный роторный двигатель имеет такое же количество пусковых импульсов, что и 4-цилиндровый реципиент, но поскольку длительность каждого пускового импульса составляет 270 градусов, двигатель работает более плавно из-за перекрытия пусковых импульсов.
Итак, в чем смысл всей этой математики? Дело в том, чтобы лучше понять, ПОЧЕМУ некоторые вещи так важны для роторного типа, особенно теплопередача.Помните, что тепло — это потенциальная мощность, поэтому сохранение тепла в смеси для сгорания дает больше мощности, которую вы можете использовать.
Переходим к следующему пункту: по сравнению с реципиентом, всасываемый заряд (когда он находится внутри двигателя) на самом деле проходит длинный, мучительный путь. На рисунках выше это показано подробно.
В приемнике центр тяжести всасываемого заряда перемещается только на дюйм или два, когда поршень перемещается вперед и назад между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).В роторном двигателе Mazda заряд движется далеко — примерно на 20 дюймов — от впуска к выпуску. Одним из плохих результатов является наличие большого количества квадратных дюймов поверхности для передачи тепла, что снижает тепловую эффективность. Однако вот важный момент: вся масса всасываемого заряда должна проходить через узкую область между корпусом ротора и ротором, когда каждая боковая поверхность ротора проходит через ВМТ. Это стало возможным благодаря «депрессии ротора», которая создается на каждой боковой поверхности ротора — если бы не этот путь, частично сгоревшая смесь никогда не смогла бы протиснуться через узкий зазор между корпусом ротора и ротором ( обычно вокруг.010 ~ 0,015 дюйма) на высоких оборотах. Существует грубая параллель с реципиентом, у которого есть «всплывающий» поршень, который имеет тенденцию разрезать камеру сгорания пополам в ВМТ. Некоторые рецепты даже вырезают «огневую щель» (выемку) в середине всплывающей области, чтобы она не препятствовала распространению фронта пламени в камере. По этой и другим причинам форма углубления ротора очень важна. Он также имеет большое влияние на определение степени сжатия двигателя, и, как указывается во всех учебниках «Двигатель внутреннего сгорания», степень сжатия является основным определяющим фактором мощности и эффективности любого двигателя.Фактически, это указывает на слабое место ротора — максимальная ПРАКТИЧЕСКАЯ степень сжатия определяется не детонацией (как это обычно бывает в рецептах), а способностью горящего заряда проходить через депрессию ротора. Если разрежение слишком мало, давление повышается вблизи задней свечи зажигания, вызывая ОТРИЦАТЕЛЬНУЮ РАБОТУ! Это может снизить мощность, перегреть заднюю свечу зажигания и существенно увеличить теплоотдачу масла и воды. Следовательно, форма впадины ротора — это попытка сбалансировать, чтобы найти лучший компромисс.Прежде чем мы оставим тему депрессии ротора, еще один момент: физическая форма углубления на его передней кромке во многом связана с максимально допустимым опережением опережения зажигания. Вы можете лучше понять это, если установите поворотный механизм последней модели на 35 градусов BTC, выньте ведущую свечу зажигания №1 и посмотрите в отверстие свечи зажигания. Вы увидите изогнутую боковую поверхность ротора, довольно плотно прилегающую к дну отверстия для свечи зажигания. Если свеча зажигания загорится в этот момент, двигатель может дать сбой, потому что фронт пламени может погаснуть (погаснуть) при ударе о поверхность ротора.
Если теперь повернуть двигатель на 20 градусов BTC, откроется путь для выгорания смеси в депрессии ротора.
Это важная часть причины, по которой почти все двигатели 1974 года и более поздние могут работать на большой мощности не более чем на 20–25 градусов опережения зажигания (у двигателей более ранних моделей США была очень длинная неглубокая депрессия, которая позволяла больший ход). Как я объяснял ранее, здесь есть некоторые параллели между роторами и рецептами — камера сгорания и конструкция верхней части поршня являются основными проблемами в рецептах, но есть некоторые отличительные моменты, которые следует учитывать при работе с ротором.
По правде говоря, мало что можно сделать, чтобы изменить форму депрессии сгорания, особенно в двигателях 1989 года и более поздних версиях с тонкими литыми стенками, но кое-что полезное можно сделать. Во-первых, вы можете гарантировать, что расстояние от канавки уплотнения на вершине до передней кромки впадины сгорания будет одинаковым на всех боковых сторонах всех роторов, чтобы все выдерживали одинаковую синхронизацию зажигания (отшлифуйте переднюю кромку впадины). как нужно).
Затем вы можете попытаться уменьшить теплопередачу в ротор, отполировав углубление сгорания и / или нанеся на него покрытие «тепловой барьер» (Примечание: не добавляйте измеримую толщину к изогнутой боковой поверхности ротора, в противном случае ротор может ударить по корпусу ротора).Многие реципиентные гонщики делают то же самое с поршнями и камерами сгорания по одним и тем же причинам. Я знаю, что тем из вас, кто плохо знаком с роторными двигателями, нелегко пролезть через эту информацию, но если вы не понимаете этих основных концепций, другие вопросы (например, синхронизация портов и синхронизация зажигания) не будут иметь смысла. позже.
Я дам вам еще одну вещь для размышления — свечу зажигания. О зажигании роторных двигателей написаны книги, поэтому я коснусь только одной области — диапазона нагрева.Для тех, кто этого не знает, роторные двигатели, как правило, используют очень холодные свечи зажигания, то есть свечи, которые хорошо охлаждают электроды через водяную рубашку. Для этого есть много причин, но одна из наиболее очевидных заключается в том, что, хотя поршневой двигатель имеет горящую смесь вокруг своей свечи зажигания на номинальные 180 градусов (рабочий ход) из 720 общих градусов (или 25% термодинамического цикла) время) роторный двигатель имеет горящую смесь вокруг своей ведущей свечи зажигания в течение примерно 70% времени цикла.
Джим Медерер (1942-2016) поделился с нами своими знаниями о роторных двигателях во втором выпуске Drag Sport за 2002 год, прежде чем мы стали журналом DSPORT.Его наследие как пионера всего, что связано с вращением, будет жить и дальше. Несмотря на то, что он больше не работает с нами, его всегда будут помнить за то, что он проложил путь в разработке роторных двигателей в мире производительности с 70-х годов.