Роторный двигатель внутреннего сгорания: Роторный двигатель внутреннего сгорания

Роторный двигатель внутреннего сгорания

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

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

Содержание

1. История создания
2. Классификация роторных двигателей
3. Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением
4. С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением
5. С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями
6. С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса
7. Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов
8. С планетарным, вращательным движением рабочего элемента
9. История Ванкеля
10. Как работает роторный двигатель
11. Преимущества
12. Недостатки
13. Малый ресурс
14. Низкая экологичность
15. Высокий расход
16. История отечественного РПД
17. Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем
18. Список роторных двигателей Mazda
19. Правила эксплуатации роторного двигателя
20. День сегодняшний

История создания

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

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

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

Классификация роторных двигателей

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

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

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

Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением

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

С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением

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

С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями

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

С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса

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

Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов

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

С планетарным, вращательным движением рабочего элемента

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

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

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

История Ванкеля

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

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

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

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

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

Как работает роторный двигатель

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

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

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

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

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

Преимущества

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

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

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

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

Малый ресурс

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

Самую высокую нагрузку испытывают металлические пластины, апексы – радиальные торцевые уплотнители между камерами. Им приходится выдерживать высокую температуру, давление и радиальные нагрузки.

На RX-7 высота апекса составляет 8.1 миллиметра, замена рекомендована при износе до 6.5, на RX-8 ее сократили до 5.3 заводских, а допустимый износ не более 4.5 миллиметров.

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

Низкая экологичность

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

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

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

Высокий расход

Все авто с роторными двигателями отличает высокий расход горючего.

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

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

История отечественного РПД

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

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

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

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

Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем

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

Список роторных двигателей Mazda

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

Правила эксплуатации роторного двигателя

Эксперты рекомендуют в обслуживании придерживаться следующих правил:

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

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

День сегодняшний

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

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

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

Принцип работы роторного двигателя

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

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

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

Содержание

• Почему этот вариант не прижился
• Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело
• Заглянем внутрь РПД

Почему этот вариант не прижился

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

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:

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

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

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

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

Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело

На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:

Но имеются у РПД и преимущества. В частности, к ним можно отнести особую динамику агрегата. Расход у роторного двигателя очень большой, а кроме этого, у такого агрегата очень маленький ресурс — всего шестьдесят тысяч километров — что делает его непригодным для езды в условиях города. Если объём роторного двигателя будет равен 1,3 л, то он способен будет потреблять до двадцати литров топлива.

Кстати, большой расход бензина также является причиной того, что роторный двигатель не обрёл популярности. Дело в том, что в 1973 году, когда роторные двигатели только вышли, на Аравийском полуострове накалилась обстановка. Там проходили настоящие военные действия, а как известно, арабские страны до сих пор остаются основными поставщиками топлива. В связи с этим делом, цена на бензин резко поднимается. А роторный двигатель пожирал его просто как вечно голодный чревоугодник. Вот и получилось, что он стал лишним.

Зато такой агрегат при этом будет выдавать целых 250 л. с, оставаясь малогабаритным.

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:

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

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

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

На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:

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

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

Заглянем внутрь РПД

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

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

На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:

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

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

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

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

Всё начинается следующим образом. В первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается.

После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

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

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

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

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

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

Инновационные моторные смеси Роторные, с технологией внутреннего сгорания

Перейти к навигации

Эд Стайлз

28 августа 2003 г.

Пять студентов-механиков спроектировали и построили двигатель, который сочетает в себе лучшие характеристики двигателей внутреннего сгорания и роторных двигателей.

Он состоит всего из четырех частей, только две из которых вращаются, и обещает быть исключительно надежной, эффективной и плавно работающей конструкцией. Напротив, двигатели внутреннего сгорания, используемые в большинстве автомобилей, имеют около 96 движущихся частей.

Он называется Jonova Motor и является развитием конструкции 1968 года, запатентованной покойным Джоном Новаковски. Его двигатель, также называемый Jonova Motor, работал на сжатом воздухе. Версия студентов инженерных специальностей представляет собой самовоспламеняющуюся и самосжимающуюся конструкцию, что сильно отличает ее от оригинальной конструкции Новаковски.

Новый двигатель Jonova использует роторную систему сжатия, очень похожую на ту, что используется в двигателях Ванкеля Mazda. Но его роторы движутся по круговой траектории, в отличие от ротора Ванкеля, и прикреплены к приводному валу. По сути, роторы заменяют поршни, шатуны и клапаны двигателей внутреннего сгорания. В отличие от поршней, которые имеют прерывистое, постоянно изменяющееся вертикальное движение, роторы Jonova вращаются плавно в одном направлении.

«Даже при 600 об/мин тряски нет, — говорит Рассел Митчелл, один из пяти старших инженеров-механиков, спроектировавших двигатель. «Если вы запускаете двигатель внутреннего сгорания со скоростью 600 об / мин, это низкий холостой ход, и он совсем не плавный».

Член команды Джош Людеке отмечает, что двигатель Jonova, как и все роторные двигатели, будет вращаться намного быстрее, чем двигатель внутреннего сгорания, что позволяет ему производить больше энергии при заданном количестве топлива. Роторные двигатели могут вращаться со скоростью 15 000 об/мин, что значительно превышает скорость от 4 000 до 5 000 об/мин стандартных двигателей внутреннего сгорания и даже намного быстрее, чем 9-цилиндровый двигатель. 000 об / мин гоночных двигателей, используемых NASCAR. «Таким образом вы можете получить большую мощность из крошечного двигателя», — говорит он.

В отличие от других роторных конструкций, у которых ход сжатия часто составляет всего 70 градусов, ход двигателя Jonova составляет 270 градусов, что позволяет ему производить большую мощность. Это также проще, чем другие роторные. «Мы просто откручиваем верхнюю часть и вынимаем валы», — говорит Людеке. «Это очень просто».

Степень сжатия двигателя также варьируется в зависимости от угла между двумя плечами ротора, объясняет Митчелл. Таким образом, один и тот же двигатель можно использовать для всего, от сельскохозяйственного трактора до гоночного автомобиля, в зависимости от того, как он настроен.

Прототип студентов похож на двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Несколько таких двухроторных блоков можно было соединить вместе, чтобы получить 6-, 8- или 12-роторную конструкцию.

«Мы просмотрели столько литературы, сколько смогли за время, которое у нас было, но не смогли найти ничего похожего на этот движок», — говорит член команды Кит Брюэр.

Помимо Митчелла, Людеке и Брюэра, в команду также входили старшие инженеры-механики Фахад Аль-Маскери и Джумаа Аль-Маскери.

Двигатель был спроектирован и построен всего за восемь месяцев при очень скромном бюджете. Обычно для такого проекта может потребоваться два года и бюджет в 50 000 долларов. Первоначальный импульс для проекта исходил от внука Новаковски, который был студентом UA и обратился к доценту Элу Ортеге с просьбой построить рабочую модель двигателя на основе патента своего деда.

«Чтобы реализовать проект такого масштаба, требуется специальная группа студентов», — говорит Ортега, консультант старшеклассников по аэрокосмической и машиностроительной инженерии (AME). «Эта команда добилась успеха благодаря сочетанию талантов, когда каждый член команды привносил идеи и навыки, которыми ни один человек не обладал бы в одиночку».

Но для проекта требовалось нечто большее, чем просто талант. «Вклад отдела AME, Университетского исследовательского приборостроительного центра (URIC) и компании Raytheon имел решающее значение для успеха, — говорит Ортега.

Департамент AME предоставил средства и опыт преподавателей. Компания Raytheon использовала свое оборудование для быстрого прототипирования для производства нейлонового экспериментального двигателя, который мог бы работать на сжатом воздухе. И URIC изготовил прототип из алюминия и стали, предоставив материалы и рабочую силу на сумму около 7000 долларов.

Изготовитель инструментов URIC Рассел Коул обработал детали и помог студентам воплотить их дизайн в жизнь.

«Студенты проводили много времени с Расселом, — говорит Роберт Кингсли, директор URIC. В процессе они получили представление о методах изготовления и процессе воплощения дизайна в оборудование. Например, Коул показал студентам, как разделить их конструкцию на узлы, которые легче обрабатывать.

«Нам очень понравились эти молодые люди и их работа, — добавляет Кингсли. «Если мы продолжим выпускать таких инженеров, как эти ребята, у нашей страны не будет проблем с конкуренцией в области технологий».

К сожалению, у студентов не было денег на изготовление стальных футеровок камеры сгорания. В результате двигатель не может работать в течение длительного времени, поскольку температура плавления алюминия всего на 600 градусов выше температуры искры. У них также не было времени построить карбюратор для двигателя, и они использовали один от «Фольксвагена-жука», который слишком велик для их рабочего объема в 400 кубических сантиметров.

В результате двигатель не работал больше нескольких секунд. «Мы сняли воздухозаборник и брызнули в него немного эфира, и он действительно начал искрить, но карбюратор подает слишком много топлива», — объясняет Людеке.

Ортега говорит, что проект Jonova Motor будет продолжен другой студенческой командой в старшем классе дизайнеров 2003-2004 годов. Вторая версия будет основываться на фундаменте, заложенном прошлогодней командой, и будет включать в себя то, что было невозможно в первом прототипе. В настоящее время отдел AME ищет спонсоров для команды 2003-2004 годов.

Прошлогодней команде было очень интересно увидеть, как их концепция стала реальностью, — говорит Ортега.

Митчелл соглашается. «Увидеть, как это превращается из идеи в электронный файл — это было действительно здорово. Особенно, когда мы собрали анимацию и увидели, как она работает. Мы были очень взволнованы. это было феноменальное чувство. Это высший кайф для инженера».

Команда старших инженеров-механиков спроектировала и построила этот прототип двигателя всего за восемь месяцев при очень скромном бюджете. Студенты получили ценную поддержку от Raytheon, Университетского исследовательского приборостроительного центра и Департамента аэрокосмической техники и машиностроения UA.
1 из 2

Мотор Jonova имеет только две вращающиеся части. Напротив, двигатели внутреннего сгорания, установленные в большинстве автомобилей, имеют около 96 движущихся частей.
2 из 2

Предыдущий Следующий

Темы

Наука и технологии

---

Актуальные истории

Аризонский университет в новостях

Роторный двигатель внутреннего сгорания и способ работы (Патент)

Роторный двигатель внутреннего сгорания и способ работы (Патент) | ОСТИ. GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другие родственные исследования

Ротор выполнен с выемками, каждая из которых входит в зацепление с частью вращающегося поршня. Остальные части вращающихся поршней выступают радиально наружу от периферии ротора до положения, примыкающего к внутренней поверхности периферийной стенки статора. Периферийная стенка статора содержит выступающие в конце выступы. Лепестки вытянуты в осевом направлении двигателя и имеют выпуклые поверхности круговой кривизны, которые по размеру и форме соответствуют вогнутым карманам, образованным в боковой части поворотных поршней. При вращении поворотного узла карманы поршня входят в зацепление с кулачками, а затем выходят из него. На одном из лепестков находится воспламенитель. Взрывоопасная обедненная смесь втягивается в боковой карман поршня, когда поршень движется мимо впускного отверстия. Эта смесь сжимается за счет зацепления кармана поршня и кулачка. Воспламенение сжатого заряда создает взрывную силу, воздействующую на узел ротора, заставляя его вращаться.

Изобретатели:

Баллинджер, М. С.

Дата публикации:

1988-05-03

Идентификатор ОСТИ:

6843792

Номер(а) патента:

США 4741308

Правопреемник:

НОЯБРЯ; НОВ-88-023416; ЭДБ-88-155443

Тип ресурса:

Патент

Отношение ресурсов:

Дата подачи заявки на патент: Дата подачи 15 августа 1986 г.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; РОТАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДИЗАЙН; СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ; ТОПЛИВНЫЕ СИСТЕМЫ; СООТНОШЕНИЕ ТОПЛИВО-ВОЗДУХ; СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ; ЭКСПЛУАТАЦИЯ; ПОРШНИ; РОТОРЫ; СТАТОРЫ; ДВИГАТЕЛИ; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; 330104 * — Двигатели внутреннего сгорания — Роторный

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Ballinger, M S. Роторный двигатель внутреннего сгорания и принцип работы . США: Н. П., 1988. Веб.

Копировать в буфер обмена

Баллинджер, М. С. Роторный двигатель внутреннего сгорания и принцип работы . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Баллинджер, М. С. 1988. «Роторный двигатель внутреннего сгорания и принцип работы». Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_6843792,
title = {Роторный двигатель внутреннего сгорания и принцип работы},
автор = {Баллинджер, M S},
abstractNote = {Ротор имеет углубления, каждое из которых входит в зацепление с частью вращающегося поршня. Остальные части вращающихся поршней выступают радиально наружу от периферии ротора до положения, примыкающего к внутренней поверхности периферийной стенки статора. Периферийная стенка статора содержит выступающие в конце выступы. Лепестки вытянуты в осевом направлении двигателя и имеют выпуклые поверхности круговой кривизны, которые по размеру и форме соответствуют вогнутым карманам, образованным в боковой части поворотных поршней.