Як працює рпд. З ущільнювальними заслінками та зворотно-поступальними рухами

Двигун внутрішнього згоряння - геніальний винахідлюдства. Завдяки ДВС став суттєво розвиватися технічний прогрес. Існує кілька видів даних установок. Але найбільш відомі - шатунно-поршневі та роторно-поршневі. Останній був винайдений німецьким інженером Ванкелем у співпраці з Вальтером Фройде. Даний силовий агрегат має інший пристрій та принцип роботи, якщо порівнювати з класичним шатунно-поршневим ДВЗ. Який принцип роботи двигуна Ванкеля і чому цей ДВС не став таким популярним? Все це ми розглянемо у нашій сьогоднішній статті.

Характеристика

Отже, що це за двигун? Це двигун внутрішнього згоряння, розроблений Феліксом Ванкелем в 1957 році. Функцію поршня в даному агрегаті виконував тривершинний ротор. Він робив обертальні рухи всередині порожнини особливої ​​форми.

Після низки експериментальних моделей мотоциклів та автомобілів, які припали на 70-і роки минулого століття, попит на двигун Ванкеля суттєво знизився. Хоча на сьогоднішній день низка компаній все одно працює над удосконаленням цього ДВС. Так можна зустріти двигун Ванкеля на «Мазді» серії РХ. Також даний агрегат знайшов своє застосування у моделізмі.

Влаштування двигуна Ванкеля

Цей силовий агрегат складається з кількох компонентів:

• Корпуси (статора).
• Камера згоряння.
• Впускного та випускного вікна.
• Нерухомий шестірні.
• Зубчасте колесо.
• Ротора.
• Валу.
• Свічки запалювання.

Який має двигун Ванкеля принцип роботи? Це ми розглянемо нижче.

Принцип роботи

Даний ДВС діє в такий спосіб. Ротор, насаджений на ексцентриковий вал через підшипники, приводиться в дію від сили тиску газів, що утворилася внаслідок згоряння паливно-повітряної суміші. Ротор двигуна щодо статора за допомогою пари шестерень. Одна з них ( великого розміру) знаходиться на внутрішній поверхні ротора. Друга (опорна) має менші розміри і намертво прикріплена до бічної кришки двигуна. Завдяки взаємодії шестерень ротор виробляє ексцентричні кругові рухи. Таким чином, його грані стикаються із внутрішньою поверхнею камери згоряння.

В результаті між корпусом двигуна та ротором утворюється кілька ізольованих камер змінного об'єму. Їх кількість завжди становить 3. У даних камерах відбувається процес стиснення суміші, її горіння, розширення газів (які згодом чинять тиск на робочу поверхню ротора) та їх видалення. В результаті займання палива, ротор приводиться в дію, передаючи зусилля моменту, що крутить, на ексцентриковий вал. Останній встановлюється на підшипниках і далі передає потужність вузли трансмісії. А вже потім момент сил двигуна Ванкеля йде на колеса за класичною схемою – за допомогою карданної передачі та півосей до маточини. Таким чином, у роторному двигуні працюють одночасно кілька механічних пар. Перша відповідає за рух ротора і складається з кількох шестерень. Друга де перетворює рух ротора в обороти ексцентрикового валу.

Передатне відношення статора (корпусу) та шестерень завжди стабільне і становить 3:2. Таким чином, ротор встигає повернутися за повний оборот валу на 120 градусів. У свою чергу, за повний оберт ротора проводиться внутрішнього згоряння в кожній з трьох камер, що утворюються гранями.

Переваги

Які має переваги цей ДВС? Ванкеля має простішу конструкцію, ніж шатунно-поршневий. Так, число деталей у ньому на 40 відсотків менше, ніж у поршневому чотиритактному ДВС. Але все ж таки створити двигун Ванкеля своїми руками не представляється можливим без складного обладнання. Адже ротор має дуже складну форму. Ті, хто намагався зробити Ванкеля своїми руками, зазнавали численних невдач.

Але продовжимо про переваги. У конструкції роторного агрегату відсутній колінчастий вал, газорозподільний механізм. Також тут немає шатунів та поршнів. Горюча суміш потрапляє в камеру через впускне вікно, що відкривається гранню ротора. А відпрацьовані гази наприкінці робочого такту звільняються корпус через випускне вікно. Знову ж таки, роль клапана тут виконує грань самого ротора. Також у конструкції відсутній розподільний вал (яких зараз використовується кілька на шатунних агрегатах). Роторно-поршневий двигун Ванкеля за принципом роботи газорозподільного механізму схожий на двотактний.

Окремо варто сказати про мастильній системі. По суті вона відсутня в роторному двигуні Ванкеля. Але як тоді працюють пари тертя? Все просто: масло додається до самої горючої суміші (як у примітивних мотоциклетних моторах). Таким чином, мастило деталей, що труться, проводиться самою паливоповітряною сумішшю. У конструкції відсутній звичний для всіх масляний насос, який забирає мастило з піддона і розбризкує під особливим тиском.

Ще одна перевага двигуна Ванкеля - це його легка вага та розміри. Оскільки тут відсутня майже половина деталей, які є обов'язковими в поршневих моторах, роторний агрегат компактніший і здатний розміститися в будь-якому підкапотному просторі. компактні розміри дозволяють використовувати простір моторного відсіку раціональніше, а також забезпечити більш рівномірне навантаження на передню і задню вісь (адже в авто зі звичайними моторами більше 70 відсотків навантаження припадає саме на передню частину). А за рахунок малої ваги досягається найвища стабільність роботи. Так, двигун має мінімальний рівень вібрації, що позитивно впливає на комфортабельність машини.

Наступний плюс даного агрегату - висока питома потужність, що досягається при великих обертах валу. Ця особливість дозволяє досягти хороших технічних характеристик. Саме тому двигун Ванкеля використовується на спортивних автомобілях «Мазда». Мотор легко розкручується до семи та більше тисяч оборотів. При цьому забезпечує набагато більший момент, що крутить, і потужність при малому обсязі. Все це позитивно впливає на розгінну динаміку автомобіля. Для прикладу можна взяти автомобіль "Мазда РХ-8". При об'ємі 1,3 літра, мотор видає 210 кінських силпотужності.

Конструктивні недоліки

Розглядаючи пристрій та принцип роботи роторного двигуна Ванкеля, варто відзначити головний конструктивний недолік. Це мала ефективність ущільнень зазору між камерою згоряння та ротором. Останній має досить складну форму, через що вимагає надійного ущільнення не тільки по граням (яких чотири в сумі), а й по бічній поверхні (які стикаються з кришкою двигуна). При цьому вони виконані у вигляді сталевих пружних смужок з особливо точною обробкою як з торців, так і з робочих поверхонь. Всі допуски на розширення під час нагрівання, закладені в конструкцію, погіршують дані характеристики. Через це неможливо уникнути прориву газів у торцевих місцях ущільнювальних пластин. У поршневих двигунах застосований ефект лабіринту. Так, в конструкції застосовані три кільця ущільнювачів з зазорами в різні сторони.

Але варто зазначити, що в Останніми рокамиякість ущільнень зросла. Конструктори вдосконалили двигун Ванкеля, застосовуючи нові матеріали для ущільнень. Але все ж таки прорив газів вважається найслабшим місцем у роторному ДВС.

Витрата олії

Як ми вже сказали раніше, системи змащення як такої в даному двигуні немає. Зважаючи на те, що масло надходить разом з горючою сумішшю, витрата його істотно збільшується. І якщо на шатунних двигунах природний догляд мастила виключений або становить не більше 100 грамів на 1 тисячу кілометрів, то на роторних даний параметр становить від 0,4 до 1 літра на тисячу кілометрів. Це тим, що складна система ущільнень вимагає більш ефективної мастила поверхонь. Також через високу витрату масла, ці мотори не можуть відповідати сучасним екологічним стандартам. У вихлопних газахавтомобілів з двигуном Ванкеля міститься багато небезпечних для організму та довкілляречовин.

Крім цього, роторний моторміг працювати тільки на високоякісних та дорогих оліях. Це пов'язано з кількома факторами:

• Схильність деталей камери двигуна і ротора до високого зносу.
• Схильність пар тертя до перегріву.

Інші проблеми

Нерегулярна заміна олії загрожувала зменшенням ресурсу ДВС, тому що частки старого мастила діяли як абразив, збільшуючи зазори та ймовірність прориву вихлопних газів у камері. Цей агрегат також клинить при перегріві. А при русі в холодну погоду охолодження могло виявитися надлишковим.

Сам собою РПД має вищу робочу температуру, ніж будь-який поршневий двигун. Найбільш навантаженою вважається камера згоряння. вона має невеликий об'єм. А через протяжну форму, камера схильна до детонації. Крім олії, двигун Ванкеля вимогливий до якості свічок. Їх встановлюють попарно і змінюють строго по технічним регламентом. Серед інших моментів варто відзначити недостатню еластичність роторного двигуна. Так, дані ДВС можуть видавати відмінні швидкісні та потужнісні характеристики тільки при високих оборотах ротора - від 6 до 10 і більше тисяч за хвилину. Ця особливість змушує конструкторів доопрацьовувати конструкцію коробок, роблячи їх багатоступінчастими.

Ще одна вада - висока витрата палива. Наприклад, якщо взяти 1,3-літровий роторно-поршневий двигун Мазди РХ-8, за паспортними даними, вона споживає від 14 до 18 літрів палива. Причому для використання рекомендується лише високооктановий бензин.

Про застосування РПД в автомобільній промисловості

Найбільшу популярність цей двигун отримав наприкінці 60-х та на початку 70-х років минулого століття. Патент на РПД Ванкеля було придбано 11 провідними автовиробниками. Так, у 67-му році компанія NSU розробила перший автомобіль бізнес-класу з роторним двигуном, який називався NSU RO 80. Ця модельвироблялася серійно 10 років. Усього було випущено понад 37 тисяч екземплярів. Автомобіль користувався популярністю, проте недоліки роторного двигуна зрештою підмочили репутацію цієї машини. На тлі інших моделей NSU, седан NSU RO 80 був ненадійним. Пробіг до капітального ремонту становив лише 50 тисяч при заявлених 100.

Також з роторними моторами експериментували концерни «Пежо-Сітроен», компанія «Мазда» та завод ВАЗ (про цей випадок ми поговоримо окремо нижче). Найбільшого успіху досягли японці, випустивши легковий автомобільз роторним мотором у 63-му році. на Наразіяпонці досі оснащують РПД на свої спортивні автомобілі серії RX. До сьогоднішнього дня вони позбавлені багатьох «дитячих хвороб», що були притаманні РПД того часу.

РПД Ванкеля та мотопромисловість

У 70-ті та 80-ті роки минулого століття з роторними двигунами експериментували деякі мотовиробники. Це «Геркулес» та «Сузукі». Зараз серійне виробництво роторних мотоциклів налагоджено тільки в компанії «Нортон». Ця маркавипускає спортбайки NRV588, оснащені двороторними двигунами із загальним обсягом 588 кубічних сантиметрів. Потужність байка "Нортон" складає 170 кінських сил. при спорядженій масі 130 кілограм, цей мотоцикл має чудові динамічні характеристики. Додатково дані РПД оснащені системою електронного упорскування палива та впускним трактом змінної величини.

Дані силові агрегатинабули широкого поширення серед авіамоделістів. Так як у модельному ДВС немає вимог до економічності та надійності, випуск таких моторів виявився недорогим. У подібних ДВС ущільнень ротора немає зовсім, або вони мають найпримітивнішу конструкцію. Основний плюс такого авіамодельного агрегату в тому, що його легко встановити в літаючу масштабну модель. ДВЗ легкий та компактний.

Ще один факт: Фелікс Ванкель, отримавши патент на РПД у 1936 році, став винахідником не тільки роторних двигунів, а й компресорів, а також насосів, що діяли за такою самою схемою. Такі агрегати можна зустріти у ремонтних майстернях та на виробництві. До речі, портативні електричні насосидля підкачування шин авто влаштовані саме за таким принципом.

РПД та автомобілі ВАЗ

За часів СРСР також займалися створенням роторно-поршневого двигуна та його установкою на вітчизняні автомобіліВАЗ. Так, першим РПД у СРСР став мотор ВАЗ-311 потужністю 70 кінських сил. Він створювався з урахуванням японського агрегату 13В. Але оскільки виробництво двигуна велося за нереальними планами, агрегат виявився ненадійним після запуску в серійне виробництво. Першим автомобілем із цим двигуном став ВАЗ-21018.

Але на цьому історія установки двигуна Ванкеля на ВАЗ не закінчується. Другим став силовий агрегат ВАЗ-415, який дрібними партіями використовувався на «вісімці» у 80-х роках. Даний силовий агрегат мав найкращі технічні характеристики. Потужність за обсягом 1308 кубічних сантиметрів збільшилася до 150 кінських сил. Завдяки цьому радянський ВАЗ-2108 із роторним двигуном прискорювався до сотні за 9 секунд. А максимальна швидкість обмежувалася 190 кілометрами на годину. Але цей двигун не був позбавлений недоліків. Зокрема це малий ресурс. Він ледве сягав 80 тисяч кілометрів. Також серед мінусів варто відзначити високу собівартість створення такого автомобіля. Витрата олії складала 700 грам на кожну тисячу кілометрів. Витрата палива – близько 20 літрів на сотню. Тому застосовувався роторний агрегат лише на автомобілях спецслужб, дрібними партіями.

Висновок

Отже, ми з'ясували, що являє собою двигун Ванкеля. Цей роторний агрегат сьогодні застосовується серійно лише на автомобілях «Мазда», причому лише на одній моделі. Незважаючи на численні доробки та спроби японських інженерів удосконалити конструкцію РПД, він все одно має досить малий ресурс і відрізняється високою витратою олії. Також нові 1,3-літрові "Мазди" не відрізняються паливною економічністю. Всі ці недоліки роторного мотора роблять його непрактичним і маловикористовуваним в автомобільній промисловості.

Єдиною на сьогоднішній день моделлю роторного мотора, що випускається в промислових масштабах, є двигун Ванкеля, який відноситься до типу роторних двигунів з планетарним круговим рухом головного робочого елемента. Таке конструктивне компонування роторного двигуна є, безсумнівно, найпростішим за своїм технічним пристроєм, але не найоптимальнішою за способом організації робочих процесів і тому має свої невід'ємні та серйозні недоліки.

Роторних двигунів з планетарним рухом головного робочого елемента існує досить багато різновидів, але вони відрізняються один від одного лише кількістю граней ротора і відповідною формою внутрішньої поверхні корпусу. Наведені схеми різних компоновокподібних моторів взяті з книги «Судові роторні двигуни», видання 1967 року, авторів Є.Акатов, В.Бологов та ін. і підготовлені до публікації електронному виглядіавтор цього сайту.

Коротко розглянемо саму конструкцію двигуна цього типу разом з історією його появи та сферою застосування. Історія створення роторних двигунів із планетарним обертальним рухом головного робочого елемента починається у 1943 році, коли винахідник Майлар запропонував першу подібну схему. Потім протягом короткого часу подали ще кілька патентів на двигуни подібної схеми. У тому числі розробник німецької фірми NSU - В. Фреде. Але головним слабким місцем цієї схеми роторного двигуна були системи ущільнень між ребрами на стику сусідніх граней трикутного ротора, що обертається, і стінками нерухомого корпусу. Ось до вирішення цієї складної інженерної задачі і був підключений Р. Ванкель як фахівець із ущільнень. Незабаром завдяки своїй енергійності та інженерному мисленню він став лідером групи розробників. У 1957 році в лабораторії фірми NSU збудували прототип роторного двигуна типу «DKM», з трикутним ротором і робочою камерою у формі капсули, в якій ротор був нерухомим, а корпус обертався навколо нього. Набагато практичнішим був варіант компонування типу KKM з нормальною схемою — робоча камера в корпусі була нерухомою, а в ній обертався ротор. Цей двигун з'явився роком пізніше, 1958-го. У листопаді 1959 року NSU офіційно оголосила про створення працюючого роторного двигуна. За короткий час близько 100 компаній у всьому світі придбали ліцензії на цю технологію, причому 34 з них були японськими.

Двигун виявився дуже невеликим, потужним і мав мало деталей. У Європі почалися продажі машин з роторними двигунами, але, як виявилося, у них малий моторесурс, вони споживали багато палива і мали дуже токсичний вихлоп. Нафтова криза 1973 через чергову арабо-ізраїльську війну, коли ціни на бензин збільшилися в кілька разів, різко порушив питання про економічність автомобільних моторів. Через це в Європі та Америці спроби довести роторний двигун Ванкеля до потрібного ступеня досконалості було припинено. І лише японська компанія Mazda наполегливо продовжувала роботи у цьому напрямі. А ще радянський завод ВАЗ – оскільки бензин на той час у СРСР коштував копійки, а потужний, хоч і з малим ресурсом, мотор був потрібен силовим відомствам. Але в 2004 році малосерійне виробництво на ВАЗі було закрито і на сьогоднішній момент Mazda є єдиним автовиробником, який серійно випускає автомобілі з двигуном роторним. В даний час у світі серійно випускається лише один автомобіль із роторним двигуном системи Ванкеля – це спортивне купе Mazda RX-8. На цій машині встановлюється двигун «RENESIS» з двома роторними секціями загальним об'ємом 1,3 літра. Двигун виконується у кількох варіантах з потужністю від 200 до 250 к.с.

.

Після короткого огляду історії роторного двигуна із планетарним рухом ротора зупинимося на розгляді його переваг та недоліків. ПЕРЕВАГИ роторного двигуна Ванкеля в порівнянні з традиційними поршневими моторами: 1) Підвищена питома потужність (к.с./кг), вона практично вдвічі перевищує цей показник поршневих 4-х тактних двигунів. Маса нерівномірно рухомих частин у двигуні Ванкеля набагато менше, ніж в аналогічних за потужністю поршневих двигунах, і амплітуда таких неврівноважених рухів помітно менше. Це відбувається через те, що в «поршневику» здійснюються зворотно-поступальні рухи, а в двигуні Ванкеля – обертальні, планетарної схеми. До того ж у двигуні Ванкеля відсутні колінчастий вал та шатуни.

На підвищену потужність Ванкеля грає і те, що такий двигун однороторної конструкції видає потужність протягом трьох чвертей кожного оберту вихідного валу. На відміну від одноциліндрового 4-тактного поршневого двигуна, який видає потужність тільки протягом однієї чверті кожного обороту вихідного валу. Саме з цих причин з одиниці об'єму камери згоряння в серійному роторному двигуні Ванкеля знімається набагато більша потужність. При об'ємі робочої камери 1300 см Mazda RX-8 має потужність 200 л.с - 250 л.с., а колишня модель Mazda RX-7 з мотором такого ж об'єму, але з турбокомпресором видавала 350 к.с.

Саме тому особливою ознакою Mazda RX є відмінні динамічні характеристики:

• на низькій передачі можна без зайвого навантаження на двигун розігнати машину вище 100 км/год на більш високих оборотах двигуна (8000 об/хв і більше).
• двигун Ванкеля набагато легше механічно врівноважити та позбутися вібрації, що дозволяє підвищити комфортність легких транспортних засобів типу мікроавтомобілів;
• габаритні розміри роторно-поршневого двигуна менше в 1,5-2 рази у співвідношенні з порівнянним за потужністю поршневим двигуном.

У двигуні Ванкеля на 35 - 40% менше деталей.

Недоліки:

1) Мала довжина робочого ходу грані трикутного ротора, Хоча ці показники безпосередньо з поршневим мотором порівнювати складно - занадто різні типи рухів поршня і ротора, але у Ванкеля двигуна приблизно на п'яту частину менше довжина робочого ходу. Тут є одна корінна відмінність Ванкеля від поршневого мотора - у «поршневика» йде збільшення обсягу в напрямку одного лінійного напрямку, яке збігається з напрямком робочого ходу. А у Ванкеля – це складний рух і тільки частина траєкторії переміщення трикутного ротора з планетарним рухом стає власне лінією робочого ходу. (РИС.) Саме тому у двигуна Ванкеля паливна ефективність гірша, ніж у поршневих моторів. Тому через малу довжину робочого ходу дуже висока температура вихлопних газів – робочі гази не встигають передати основний свій тиск на ротор, як вже відкривається вихлопне вікно та гарячі гази. високого тискуз об'ємними фрагментами, що ще не припинили горіння. робочої сумішівиходять у вихлопну трубу. Тому температура вихлопних газів у двигуна Ванкеля дуже висока.

2) Складна форма камери згоряння "серповидної" форми. У такої камери згоряння велика поверхня контакту газів зі стінками корпусу та ротором. Тому значна честь тепла йде на нагрівання деталей двигуна, а це знижує тепловий ККДі підсилює нагрівання двигуна. Крім того, така форма камери згоряння призводить до погіршення сумішоутворення та уповільнення швидкості горіння робочої суміші. Тому на моторі Mazda RX-8 стоять дві свічки запалювання на одній роторній секції. Ці особливості також негативно впливають на рівень термодинамічного ККД.

3) Потенційно низький для роторного двигуна крутний момент. Для того щоб зняти обертання з ротора, що рухається, центр обертання якого сам безперервно здійснює планетарне обертання по круговій траєкторії навколо геометричного центру робочої камери, в цьому двигуні застосовується ексцентрично розташовані на головному валу диски. По суті – це елементи кривошипного пристрою. Тобто двигун Ванкеля так і не зміг повністю позбавитися головної нестачі класичних поршневих ДВС – кривошипно – шатунного механізму. Хоч він і представлений у моторі Ванкеля у своєму полегшеному варіанті – у вигляді ексцентрикового валу, але найголовніші вади цього механізму: рваний, пульсуючий режим моменту, що крутить, і мале плече головного елемента, що сприймає крутний момент – так і залишилися «не вилікуваними». (рис.) Саме тому односекційний Ванкель малопрацездатний і потрібно робити 2 або 3 роторні секції для отримання нормальних робочих характеристик, ще бажано ставити на вал додатково і маховик. Крім наявності у двигуні Ванкеля кривошипного механізму, на малий для роторного двигуна момент, що крутить, ще впливає і те, що кінематична схема такого мотора влаштована дуже нераціонально з точки зору сприйняття поверхнею ротора тиску робочих газів розширення. Тому лише деяка частина тиску – близько третини – перетворюється на робоче обертання ротора і створює крутний момент. Докладніше крутний момент поговоримо в спеціальному розділі сайту.

Детально про принцип виникнення моменту, що крутить, в роторному двигуні Ванкеля Дивись на сторінці сайту КРУТНИЙ МОМЕНТ

4) Присутність у корпусі вібрацій. Справа в тому, що система роторного двигуна з планетарним рухом робочого елемента передбачає нерівноважний рух цього органу. Тобто. при обертанні центр мас ротора здійснює безперервний обертальний рух навколо центру мас корпусу і радіус цього обертання дорівнює плечу ексцентрика головного валу двигуна. Саме тому на корпус мотора діє зсередини вектор сили, що постійно обертається, рівний відцентровій силі, що виникає на роторі. Тобто ротор при обертанні на ексцентриковому валу, що обертається у свою чергу, має в характері свого руху неминучі і виражені елементи коливального руху. Що призводить до неминучості вібрацій. (МАЛ.)

5) Швидке зношування торцевих радіальних ущільнень на кутах трикутника ротора, так як на них йде сильне радіальне навантаження, неминуче в двигуні Ванкеля за самим його принципом роботи. (МАЛ.)

6) Постійна загроза прориву газів високого тиску із порожнини одного робочого такту в порожнину іншого такту. Це тому, що контакт радіального ущільнення ребра ротора і стінки камери згоряння відбувається по одній тонкій лінії. При цьому існує проблема прориву газів через гнізда установки свічок, коли над ними проходить ребро ротора.

7) Складна система мастила ротора, що обертається. У моторі Mazda RX-8 спеціальні форсунки впорскують масло в камери згоряння для змащення тертьових при обертанні об стінки камери згоряння ребер ротора. Це посилює токсичність вихлопу і водночас робить двигун дуже вимогливим до якості масла. Крім того, при високих оборотах виникає підвищені вимоги до мастила циліндричної поверхні ексцентрикової частини головного валу, навколо якої обертається ротор і яка знімає головне зусилля з ротора і переводить у обертання валу. Саме ці дві технічні труднощі, вирішити які дуже непросто, приводили до недостатнього змащення на високих оборотах найбільш навантажених тертям деталей такого мотора, а це, відповідно, різко зменшувало моторесурс двигуна. Саме недостатнє вирішення таких технічних завдань призводило до дуже малого ресурсу Ванкеля моторів, які випускав вітчизняний АвтоВАЗ. (РИС.- вказати циліндричну поверхню контакту внутрішнього гніда ротора та ексцентр диска валу)

8) Високі вимоги до точності виконання деталей складної форми роблять такий двигун складним у виробництві. Таке виробництво вимагає високоточного та дорогого обладнання - верстатів, здатних створювати складні обсяги робочої камери з криволінійною епітрохоїдальною поверхнею. Сам ротор має форму складного трикутника з опуклими поверхнями.

Як видно із змісту цього розділу сайту, роторний двигун Ванкеля має виражені переваги, так і велика кількістьпрактично непереборних недоліків, які так і не дозволили цьому типу двигунів витіснити поршневі двигуни з арсеналу сучасної техніки. Хоча такі перспективи всерйоз обговорювалися наприкінці 60-х і на початку 70-х років минулого століття, і в аналітичних оглядах висловлювалися думки, що до кінця 80-х років 20-го століття більше половини автомобілів планети вже матимуть роторні двигуни різних типів. І, незважаючи на наявність негативних рис і технічних труднощів, роторний двигун Ванкеля зміг з'явитися технічно і відбудуться як комерційно дієздатний вид продукції, тому що недоліки його головних конкурентів – поршневих моторів із кривошипно – шатунними механізмами виявляються ще серйознішими та численнішими. І це, не дивлячись. більш як століття спроб їх вдосконалення.

ПРОДОВЖЕННЯ РОЗМОВУ ПРО РОТОРНИЙ ДВИГУН ВАНКЕЛЯ

вересень 2016р.Одна з найважчих проблем всіх типів роторних двигунів - це створення ефективної системиущільнень, яка повинна створювати замкнутий об'єм у робочих камерах роторного двигуна. Поки що в схемі типу Тверської це одна з головних труднощів. Там потрібно зробити ефективну і непросту у виготовленні систему ущільнень. І щоб потренувати руку і отримати позитивний досвід у такій справі, я вирішив створити невеликий робочий екземпляр двигуна Ванкеля прямо з «нуля». Робота вже добігає кінця- додаю фото такого моторчика.

Ущільнення

Орієнтовна потужність однієї такої роторної секції передбачається близько 35-40 л.с.

ДВИГУН ВАНКЕЛЯ — ГРУДЕНЬ
25 грудня 2016 Виготовлене малого Ванкеля йде в оптимальному ритмі. Двигун готовий на 95%, залишаються невеликі дрібниці.
Так як на деяких майданчиках в інтернеті ці мої фото вже обговорюються і навколо них накручуються чимало фантазій.
Двигун створений з «НОЛЯ», жодної деталі зі сторонніх моделей у ньому немає. У ньому немає ні деталей від Sachs Wankel, які вже не випускаються років 30, ні від сучасних малих сучасних aixro та ін.
Кормпус двигуна виконаний з конструкційної легованої термостійкої сталі, підданої термохімічному зміцненню. Твердість поверхневого шару має показник 70 HRC. Глибина термозміцненого шару складає в середньому 1,5 мм. повітряне охолодження, масло для змащення подаватиметься в камеру стиснення через 2-і спеціальні форсунки. Тобто. не потрібно буде заважати олію з бензином як у 2-х тактних моторах.

Двигун поставлений на токарний верстат і протягом кількох годин піддавався холодній обкатці. Це дозволило оцінити роботу ущільнень та герметичність одержуваних секцій у двигуні як цілком благополучну. Найближчим часом буде заміряно тиск, який виходить в секторі стиснення двигуна.
Запуск двигуна заплановано на кінець січня.

ВІДНОВЛЕННЯ РОБОТИ ПІСЛЯ ПАУЗИ

Після деякої перерви активні роботивідновлено. Зараз (березень-травень 18г) йдуть активні пробні прокручування малої дослідної моделі двигуна. За її підсумками йде доопрацювання ущільнень — найважчого та делікатного елемента в роторні двигуни. Результати дуже обнадійливі.

Не багато хто знає, що поряд з класичними поршневими двигунами, в автомобілебудуванні застосовуються роторні агрегати, які називаються на прізвище винахідника моторами Ванкеля. Вони є двигунами з внутрішнім принципом згоряння палива, однак, його будова та принципи роботи зовсім інші. Сьогодні ми поговоримо роторних моторах докладніше.

Конструктивний пристрій роторного двигуна

Основні частини двигуна Ванкеля за своїм пристроєм не мають нічого спільного з класичними ДВЗ.

Його основні частини такі:

1. Основна робоча камера

Корпус будь-якого роторного агрегату є овальною металевою камерою, в якій відбуваються основні робочі процеси - режим впуску, такт стиснення, процес згоряння пального і випуск відпрацьованих газів. Форма камери невипадкова. Вона виконана таким чином, щоб при взаємодії з ротором її стінки здійснювали зіткнення з усіма його вершинами, утворюючи кілька закритих контурів. Впускні та випускні отвори таких двигунів не мають клапанів. Вони знаходяться безпосередньо на бічних частинах робочої камери та підключаються безпосередньо до вихлопної труби та системи живлення.

2. Ротор

Форма ротора чимось нагадує трикутник, грані якого мають опукле закруглення назовні. Крім цього, кожна його сторона виготовлена ​​з невеликою вибіркою, що збільшує об'єм замкнутої камери згоряння, що утворюється, і підвищує швидкісні показники обертання ротора. Призначення цього компонента аналогічно функцій поршнів у звичайному ДВЗ. Виникнення тактів роботи відбувається шляхом створення вже згаданих вище трьох дочірніх камер. Центральна частина ротора наділена зубчастим отвором, що з'єднує ротор із приводом, закріпленим у свою чергу з вихідним валом. Ця ланка і визначає, в якому напрямку та по якій траєкторії рухатиметься ротор усередині основної робочої камери.

3. Вихідний вал

Функції вихідного валу роторного двигуна аналогічні функцій колінвала класичних силових агрегатів. Він наділений напівкруглими виступами-кулачками, що мають несиметричне вибудовування з явним усуненням від центральної робочої осі. На валу розміщується кілька роторів, які надягають на свій робочий кулачок. Їхнє несиметричне розташування створює передумови для утворення крутного моменту, що відбувається в результаті силового тиску кожного з роторів.

Думаємо, ви вже здогадалися, що роторні двигуни мають багатошарову будову, що передбачає створення кількох робочих камер, в яких обертаються кілька роторів. Єдиною об'єднуючою ланкою цієї роботи є вихідний вал, що обертається в результаті цієї синхронної взаємодії. "Шари" надійно скріплюються між собою безліччю болтів, розташованих по краях. Охолодження таких двигунів є проточним. Воно передбачає перебування антифризу як навколо загального блоку, а й у кожної його частин.

У двигуні Ванкеля вся робота вибудовується тим самим методом згоряння паливної суміші, Що і у поршневих двигунів. Проте жодних статичних камер згоряння вони не передбачається. Тиск, що виникає при згорянні пального, створюється в камерах, що окремо утворюються, які відокремлюються від загальної робочої камери роторними гранями.

Сам ротор постійно контактує своїми вершинами зі стінками камери, у кожний момент часу створюючи черговий замкнутий контур. При його обертанні контури поперемінно розширюються, то здійснює стиск. Під час цих циклів всередину камери потрапляє повітря і паливо, яке внаслідок силового впливу ротора стискається і займається, своїм розширенням надаючи ротору черговий обертовий імпульс. Відпрацьовані гази крізь отвори викидаються у вихлопну систему, після чого камера знову заповнюється паливно-повітряним складом.

Переваги та недоліки роторних моторів

Застосування роторних моторів має низку незаперечних переваг.

• Найменша кількість внутрішніх компонентів. Аналогічний чотирициліндровий поршневий двигун роторний «собрат» наділений всього чотирма основними частинами: загальна камера, пара роторів і кулачковий вал. Класичний ДВС зі подібними тактами роботи складається мінімум із сорока рухомих частин, кожна з яких схильна до зносу.
• М'якість роботи. При функціонуванні роторних агрегатів мало виникає вібрацій, завдяки тому, що це рухомі частини здійснюють обертання лише одному напрямі. Думаємо, ви знаєте, що робота поршнів у звичайному двигуні різноспрямована. Вона чергує поступальний рух із реверсивним ходом.
• Невисокий ритм. Зважаючи на те, що кожен ротор відповідальний за обертання лише однієї третини повного кола вихідного валу, рух, необхідний для цього, відбувається помітно повільніше, ніж істотно підвищує надійність двигуна Ванкеля.

Негативні чинники застосування роторних двигунів виключати, зрозуміло, не можна.

• Жоден роторний двигун не може чітко підлаштуватися під регламенти екологічних норм різних країн.. Його не можна назвати екологічним через значну кількість викидів вуглекислого газу, знизити які неможливо.
• Дорожнеча виготовлення. Виробництво роторних двигунів дуже витратне, головним чином, через малі серійні партії. Концерни випускають їх зовсім небагато, що не потребує особливої ​​оптимізації витрат під час виготовлення.
• Обмеженість ресурсу. Функціональний запас роторних двигунів Ванкеля дуже обмежений. Рідко коли він перевищує 100-150 тисяч кілометрів, після досягнення якого їм потрібна повна перебирання ( капітальний ремонт) чи заміна.
• Підвищене паливне споживання. Головною причиною збільшеної «ненажерливості» є їх низький ступінь стиснення. Двигун, утримуючи необхідну потужність, компенсує її за рахунок більшої кількості палива, що подається всередину замкнутих камер.

Підсумок

Підбиваючи підсумки, скажімо, що роторні силові агрегати, звичайно, мають право на існування. Вони мають ряд незаперечних «плюсів», які уможливлюють їх, нехай і невелике, застосування в автомобільному виробництві. З іншого боку, вага «мінусів» дуже відчутна. У багатьох країнах світу вони просто не можуть застосовуватися через існуючі екологічних стандартів, А серйозне споживання палива та обмежений робочий ресурс робить придбання автомобілів з роторними двигунами абсолютно нерентабельним. Прогнозуємо, що певний час вони ще будуть на ринку, але незабаром їх витіснять гібридні силові системи, розвиток яких здійснюється грандіозними темпами.

Парові машини і двигуни внутрішнього згоряння мають один загальний недолік - зворотно-поступальний рух поршня повинен бути перетворений на обертальний рух коліс. Звідси і свідомо низький ККД, і висока зношування елементів механізму. Багатьом хотілося побудувати двигун внутрішнього згоряння так, щоб усі рухомі частини в ньому тільки оберталися - як це відбувається в електромоторах.

Однак завдання виявилося не простим, успішно вирішити його вдалося лише механіку-самоукові, який за все своє життя так і не здобув ні вищої освіти, ні навіть робочої спеціальності.

Фелікс Генріх Ванкель (Felix Heinrich Wankel, 1902–1988) народився 13 серпня 1902 року у невеликому німецькому містечку Лар. Під час Першої світової війни загинув батько Фелікса, через що майбутньому винахіднику довелося покинути гімназію та піти працювати учнем продавця у книжковій лавці під час видавництва. Завдяки цій роботі Ванкель звик до читання книг, за якими він самостійно вивчав технічні дисципліни, механіку та автомобілебудування.

Існує легенда, що розв'язання задачі прийшло сімнадцятирічному Феліксу уві сні. Правда це чи ні – невідомо. Зате очевидно, що Фелікс володів вельми неабиякими здібностями до механіки та «незамиленим» поглядом на речі. Він зрозумів, як усі чотири цикли роботи звичайного двигуна внутрішнього згоряння (впорскування, стиск, згоряння, вихлоп) можна здійснити при обертанні.

Досить швидко Ванкель прийшов до першої конструкції двигуна, і в 1924 він організував невелику майстерню, яка також служила і імпровізованою «лабораторією». Тут Фелікс і почав проводити перші серйозні дослідження у галузі роторно-поршневих ДВС.

З 1921 Ванкель був активним членом НСДАП. Він виступав за партійні ідеали, був засновником всенімецького військового юнацького об'єднання та юнгфюрером різних організацій. 1932 року він вийшов із партії, звинувативши одного зі своїх колишніх колег у політичній корупції. Однак, за зустрічним обвинуваченням, йому самому довелося провести у в'язниці шість місяців. Звільнившись із ув'язнення завдяки заступництву Вільгельма Кепплера (Wilhelm Keppler), він продовжив роботи над двигуном. У 1934 році він створив перший досвідчений зразок і отримав на нього патент. Він сконструював нові клапани та камери згоряння для свого двигуна, створив кілька різних його варіантів, розробив класифікацію кінематичних схем різних роторно-поршневих машин.

В 1936 прототип двигуна Ванкеля зацікавив BMW - Фелікс отримав гроші і власну лабораторію в Ліндау для розробки досвідчених авіадвигунів.

Втім, до розгрому фашистської Німеччини жоден двигун Ванкеля в серію не пішов. Можливо, на доведення конструкції до розуму та створення масового виробництва потрібно було надто багато часу.

Після війни лабораторію було закрито, обладнання вивезено до Франції, а Фелікс залишився без роботи (відбилося колишнє членство в націонал-соціалістичній партії). Однак невдовзі Ванкель все ж таки отримав посаду інженера-конструктора в компанії NSU Motorenwerke AG, яка є одним із найстаріших виробників мотоциклів та автомобілів.

У 1957 році спільними зусиллями Фелікса Ванкеля та провідного інженера NSU Вальтера Фреде (Walter Froede) роторно-поршневий двигун вперше було встановлено на автомобіль NSU Prinz. Початкова конструкція виявилася далекою від досконалості: навіть для заміни свічок потрібно було розбирати майже весь «движок», надійність залишала бажати кращого, а про економічність на даному етапі розробки взагалі говорити було грішно. В результаті випробувань у серію пішов все ж таки автомобіль з традиційним ДВС. Проте перший роторно-поршневий двигун DKM-54 довів свою принципову працездатність, відкрив напрями для подальшого доведення та продемонстрував колосальний потенціал «роторників».

Таким чином, новий типДВС отримав, нарешті, свою путівку у життя. Надалі його чекає ще чимало удосконалень та доопрацювань. Але перспективи роторно-поршневого двигуна настільки привабливі, що інженерів вже нічого не могло зупинити у справі доведення конструкції до експлуатаційної досконалості.

Перш ніж розбирати переваги та недоліки роторно-поршневих ДВС, варто все-таки докладніше розглянути їхню конструкцію.
У центрі ротора пророблено круглий отвір, зсередини покритий зубцями як у шестерні. У цей отвір вставлений вал меншого діаметра, що обертається, також з зубцями, що забезпечує відсутність прослизання між ним і ротором. Відносини діаметрів отвору і валу підібрані так, щоб вершини трикутника рухалися однією і тією ж замкненою кривою, яка називається «епітрохоїда», - мистецтво Ванкеля як інженера полягало в тому, щоб спочатку зрозуміти, що це можливо, а потім все точно розрахувати. У результаті поршень, що має форму трикутника Рело, відсікає в камері, що повторює форму знайденої Ванкелем кривої, три камери змінного об'єму і положення.

Конструкція роторно-поршневого ДВЗ дозволяє реалізувати будь-який чотиритактний цикл без застосування спеціального механізму газорозподілу. Завдяки цьому факту «роторник» виявляється значно простішим за звичайний чотиритактний поршневий двигун, у якому в середньому майже на тисячу деталей більше.

Герметизація робочих камер в роторно-поршневий ДВСзабезпечується радіальними та торцевими ущільнювальними пластинами, що притискаються до «циліндра» стрічковими пружинами, а також відцентровими силами та тиском газу.

Ще одна його технічна особливість – це висока «продуктивність праці». За один повний оборот ротора (тобто за цикл «впорскування, стиснення, займання, вихлоп»), вихідний вал робить три повні обороти. У звичайному поршневому двигуні таких результатів можна досягти лише використовуючи шестициліндровий ДВС.

Після першої ж успішної демонстрації роторного ДВС в 1957 найбільші автогіганти стали виявляти до розробки підвищений інтерес. Спочатку ліцензію на двигун, який отримав неформальну назву "ванкель", купила корпорація Curtiss-Wright, через рік, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp та Mazda. Усього за дуже короткий проміжок часу ліцензії на нову технологіюпридбали близько ста компаній у всьому світі, включаючи таких монстрів як Rolls-Royce, Porsche, BMW та Ford.
Такий інтерес до «ванкелю» таких великих гравців автомобільного ринку пояснюється його великим потенціалом і значними перевагами - у роторно-поршневому двигуні на 40% менше деталей, він простіше у ремонті та виробництві.

До того ж «ванкель» майже вдвічі компактніший і легший за традиційний поршневий ДВС, що у свою чергу покращує керованість автомобіля, полегшує оптимальне розташування трансмісії і дозволяє зробити більш просторий і зручний салон.

Роторно-поршневий двигун розвиває високу потужність за досить скромної витрати палива. Наприклад, сучасний «ванкель» об'ємом всього 1300 см розвиває потужність в 220 к.с., а з турбокомпресором - все 350. Ще один приклад - мініатюрний двигун OSMG 1400 вагою 335 г (робочий об'єм 5 см) розвиває потужність в 1, .с. Фактично, ця крихітка на 27% сильніша за коня.

Ще одна важлива перевага – низький рівень шумів та вібрацій. Роторно-поршневий двигун відмінно врівноважений механічно, крім того маса частин, що рухаються (і їх кількість) в ньому значно менше, завдяки чому «ванкель» працює набагато тихіше і не вібрує.

І, нарешті, роторно-поршневий двигун відрізняється чудовими динамічними характеристиками. На низькій передачі можна без особливого навантаження на двигун розігнати автомобіль до 100 км/год на високих обертах двигуна. Крім того, сама конструкція «ванкеля» за рахунок відсутності механізму перетворення зворотно-поступального руху на обертальний, здатна витримати великі обертиніж традиційний ДВС.

Після NSU Spyder, що вийшов у 1964 році, пішли. легендарна модель NSU Ro 80 (у світі досі існує безліч клубів власників цих машин), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973). Але єдиним масовим виробником стала японська Mazda, Що випускала з 1967 року часом по 2-3 нові моделі з РПД. Роторні двигуни ставили на катери, снігоходи та легкі літаки. Кінець ейфорії прийшов у 1973 році, у розпал нафтової кризи. Ось тут і виявився основний недолік роторних двигунів — неекономічність. За винятком Mazda, всі автовиробники згорнули роторні програми, а у японської компанії продажі по Америці скоротилися з 104 960 проданих машин в 1973 році до 61 192 - в 1974-му.
Поряд із незаперечними достоїнствами, «ванкель» також мав і цілу низку дуже серйозних недоліків. По-перше, довговічність. Один із перших прототипів роторно-поршневих двигунів на випробуваннях виробив свій ресурс лише за дві години. Наступний, успішніший DKM-54 вже витримав сто годин, але цього для нормальної експлуатації автомобіля все одно було недостатньо. Основна проблема крилася у нерівномірному зносі внутрішньої поверхні робочої камери. На ній в процесі експлуатації з'являлися поперечні борозни, які отримали ім'я «мітки диявола», що говорить.

У компанії Mazdaпісля придбання ліцензії на «ванкель» було сформовано цілий відділ, який займався удосконаленням роторно-поршневого двигуна. Незабаром з'ясувалося, що при обертанні трикутного ротора, заглушки на його вершинах починають вібрувати, в результаті чого і утворюються «мітки диявола».

В даний час проблему надійності та довговічності остаточно вирішили, застосувавши високоякісні зносостійкі покриття, у тому числі керамічні.

Інша серйозна проблема- Підвищена токсичність вихлопу «ванкелю». Порівняно із звичайним поршневим ДВЗ «роторник» виділяє в атмосферу менше оксидів азоту, але набагато більше вуглеводнів, за рахунок неповного згоряння палива. Досить швидко інженери Mazda, які увірували в блискуче майбутнє «ванкелю», знайшли просте та ефективне вирішення цієї проблеми. Вони створили так званий термальний реактор, у якому залишки вуглеводнів у вихлопних газах просто «досягали». Першим автомобілем, який реалізував таку схему, став Mazda R100, також званий Familia Presto Rotary, випущений у 1968 році. Ця машина, одна з небагатьох, відразу пройшла дуже жорсткі екологічні вимоги, висунуті США в 1970 для імпортованих авто.

Наступна проблема роторно-поршневих двигунів частково випливає із попередньої. Це – економічність. Витрата палива стандартного «ванкелю» через неповне згоряння суміші суттєво вища, ніж у стандартного ДВЗ. І знову інженери Mazda взялися до роботи. За допомогою цілого комплексу заходів, що включають переробку термореактора та карбюратора, додавання теплообмінника у вихлопну систему, розробку каталітичного конвертера та впровадження нової системи запалювання, компанія досягла зниження споживання палива на 40%. Внаслідок цього безперечного успіху в 1978 році був випущений спортивний автомобіль Mazda RX-7.

В цей час у всьому світі машини з роторно-поршневими двигунами випускала тільки Mazda і ... АвтоВАЗ.
Саме в провальному 1974 радянський уряд створює на Волзькому автозаводі спеціальне конструкторське бюро РПД (СКБ РПД) - соціалістична економіка непередбачувана. У Тольятті розпочалися роботи з будівництва цехів для серійного виробництва «ванкелів». Оскільки ВАЗ спочатку планувався як простий копіювальник західних технологій (зокрема, фіатівських), заводськими фахівцями було прийнято рішення відтворювати двигун Mazda, геть-чисто відкинувши всі десятирічні напрацювання вітчизняних двигунобудівних інститутів.

Радянські чиновники досить довго вели переговори з Феліксом Ванкелем щодо купівлі ліцензій, причому деякі з них проходили прямо в Москві. Грошей, щоправда, не знайшли і тому скористатися деякими фірмовими технологіями не вдалося. У 1976 році запрацював перший волзький односекційний двигун ВАЗ-311 потужністю 65 к.с., ще п'ять років пішло на доведення конструкції, після чого була випущена досвідчена партія в 50 штук роторних «одиничок» ВАЗ-21018, що миттєво розійшлися серед працівників ВАЗу. Відразу ж з'ясувалося, що двигун тільки зовні нагадував японський — сипатися він став навіть по-радянському. Керівництво заводу було змушене за півроку замінити всі двигуни на серійні поршневі, скоротити на половину штат СКБ РПД та призупинити будівництво цехів. Порятунок вітчизняного роторного двигунобудування прийшов від спецслужб: їх не дуже цікавила витрата палива та ресурс двигуна, натомість — динамічні характеристики. Відразу з двох двигунів ВАЗ-311 було зроблено двосекційний РПД потужністю 120 к.с., який став встановлюватися на «спецединичку» — ВАЗ-21019. Саме цій моделі, що отримала неофіційну назву «Аркан», ми завдячуємо незліченною кількістю байок про міліцейські «Запорожці», які наздоганяють наворочені «Мерседеси», а багато правоохоронців — орденами та медалями. До 90-х років зовні невибагливий «Аркан» справді легко наздоганяв усі машини. Крім ВАЗ-21019 на АвтоВАЗі також випускаються малі партії автомобілів ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Максимальна швидкість роторної "вісімки" становить близько 210 км/год, а до сотні вона розганяється лише за 8 секунд.

СКБ РПД, який ожив на спецзамовленнях, став робити двигуни для водного та автоспорту, де машини з роторними двигунами стали настільки часто завойовувати призові місця, що спортивні чиновники були змушені заборонити застосування РПД.

У 1987 році помер керівник СКБ РПД Борис Поспелов і на загальних зборах був обраний Володимир Шнякін — людина, яка прийшла в автомобілебудування з авіації та недолюблива наземний транспорт. Головним напрямом СКБ РПД стає створення двигунів для авіації. Це була перша стратегічна помилка: літаків у нас випускається набагато менше автомобілів, а завод живе з проданих двигунів.

Другою помилкою стала орієнтація в виробництві, що збереглося. автомобільних РПДна малопотужні двигуни ВАЗ-1185 у 42 к.с. для «Оки», хоча більш ненажерливі, але динамічніші роторні двигуни так і просяться на найшвидшехідні вітчизняні машини- Наприклад, на "вісімки". Ті ж японці встановлюють «ванкелі» лише на спортивні моделі. У результаті на російських дорогах виявилося лише кілька роторних мікролітражок «Ока». У 1998 році був підготовлений цивільний варіант двоциліндрового роторного 1,3-літрового двигуна ВАЗ-415, який стали встановлювати на ВАЗ-2105, 2107, 2108 і 2109.

У травні 1998 р. був омологований кільцевий ВАЗ-110 «РПД-спорт» (190 л. с., 8500 об/хв, 960 кг, 240 км/год). На жаль, далі одного-єдиного зразка, що частіше демонструється на виставках, ніж стартує в перегонах, справа не пішла. 110-та була найпотужнішою в пелотоні, але відверто сира конструкція щоразу не давала їй продемонструвати весь свій потенціал. Однак найприкріше те, що на «ВАЗі» швидко охололи до роторного напрямку, а унікальну «Ладу» переробили в ралі-кар зі звичайним ДВС.

То чому всі провідні виробники автомобілів ще не пересіли на «ванкелі»? Справа в тому, що для виробництва роторно-поршневих двигунів потрібна, по-перше, відточена технологія з безліччю найрізноманітніших нюансів і далеко не кожна компанія готова пройти шлях тієї ж Mazda, принагідно наступаючи на численні граблі. А по-друге, потрібні спеціальні високоточні верстати, здатні виточувати поверхні, описані такою хитрою кривою, як епітрохоїда.

Mazda RX-7 - це один із перших автомобілів, на якому ставився роторно-поршневий двигун Ванкеля. За всю історію Mazda RX-7 було чотири покоління. Перше покоління з 1978 до 1985 року. Друге покоління – з 1985 по 1991. Третє покоління – з 1992 по 1999. Останнє, четверте покоління – з 1999 по 2002 рік. Перше покоління RX-7 з'явилося 1978 року. Воно мало середньомоторне компонування та оснащувалося роторним двигуном потужністю всього 130 л. с.

В даний час тільки Mazda займається серйозними дослідженнями в області роторно-поршневих двигунів, поступово вдосконалюючи їх конструкцію, і більшість підводних каменів у цій галузі вже пройдено. «Ванкелі» цілком відповідають світовим стандартам щодо рівня токсичності вихлопу, споживання палива та надійності. Для сучасних верстатів поверхні описані епітрохоїдою не є проблемою (як не є проблемою і набагато складніші криві), нові конструкційні матеріали дозволяють збільшити термін служби роторно-поршневого двигуна, а його вартість вже зараз виявляється нижчою, ніж у стандартного ДВС за рахунок меншої кількості використовуваних деталей.

Як і NSU, Mazda у 60-ті роки. була невеликою компанією з обмеженими технічними та фінансовими ресурсами. Основу її модельного ряду становили розвізні вантажівки та сімейні малолітражки. Тому немає нічого дивного, що спорт-купе Mazda 110S Cosmo (982 см куб., 110 к. с., 185 км/год) створювалося більше 6 років і виявилося дуже примхливим і дорогим. Та й зіпсована NSU Ro80 репутація не сприяла ажіотажу (у 1967–1972 рр. знайшли своїх власників лише 1175 «космосів»), але світовий інтерес до 110S сприяв збільшенню продажів решти продукції фірми!

Щоб довести, що РПД настільки ж надійний (його перевага в потужності вже стала для всіх очевидною), Mazda чи не вперше в житті взяла участь у змаганнях, причому обрала найважчі і найтриваліші перегони – 84-годинний Marathon De La Route, що проходив на Нюрбургрінг. Як екіпажу з Бельгії вдалося зайняти 4-е місце (друга машина зійшла з дистанції за три години до фінішу через гальма, що заклинили), поступившись тільки «вирослим» на «Нордшляйфі» Porsche 911, схоже, так і залишиться загадкою.

Майстерня Ванкеля в Ліндау

Хоча з того часу японські «роторники» стали завсідниками гоночних трас, великого успіху в Європі їм довелося чекати 16 років. 1984-го британці на RX-7 виграли престижну добову гонку у Спа-Франкошамп. А ось у США, на головному ринку «сімки», її гоночна кар'єра складалася набагато успішніше: з моменту дебюту в чемпіонаті IMSA GT в 1978 році і по 1992-й вона виграла у своєму класі більше сотні етапів, причому з 1982 по 1992 рр. була першою в головній гонці серії - 24 hours of Daytona.

У ралі у "Мазд" все йшло не так гладко. Як це часто бувало з японськими командами (Toyota, Datsun, Mitsubishi), вони виступали лише на окремих етапах ралійного чемпіонату світу (Нова Зеландія, Великобританія, Греція, Швеція), які в першу чергу цікавлять маркетингові відділи концернів. Національних титулів вистачало: так, у 1975–1980 роках. Рід Міллен виграв цілих п'ять у Новій Зеландії та США. А ось у WRC успіхи були виключно локальними: найкраще, що показали RX-7, – 3-те та 6-е місця в грецькому «Акрополісі» 1985 року.

Ну а найгучнішим успіхом Mazda взагалі і РПД, зокрема, стала перемога її спортпрототипу 787B (2612 см куб., 700 к. с., 607 Нм, 377 км/год) у Ле Мані в 1991 році. Причому здолати заводські Porsche, Peugeot і Jaguar допомогли не тільки швидкі пілоти та конкурентоспроможна техніка: свою роль відіграла і наполегливість японських менеджерів, які регулярно «вибивали» для роторників всілякі послаблення в регламенті. Так, напередодні перемоги 787-го організатори перегонів погодилися компенсувати ненажерливість "роторників" 170-кілограмовим (830 проти 1000) зниженням маси. Парадокс полягав у тому, що, на відміну від бензинових моторів, «апетит» РПД при подальшому форсуванні ріс набагато скромнішими темпами, ніж у звичайних поршневих моторів, і 787-й виявився економічнішим за своїх основних конкурентів!

То був шок. Mercedes, який журнал Stern за консерватизм називав не інакше як «виробник авто для 50-річних панів у капелюхах», у 1969 році презентував супер-кар, що вражав навіть кольором. Яскраво-оранжеве забарвлення, що викликає, підкреслено клиноподібна форма, середньомоторне компонування, двері «крило чайки» і надпотужний трисекційний РПД (3600 см куб., 280 к. с., 260 км/год) – для консервативного Mercedes це було щось!

А оскільки в компанії не будували концептів, усі вважали, що С111 має лише один шлях: дрібносерійне (омологаційне) складання та велике гоночне майбутнє, адже з 1966 року ФІА допустила РПД до офіційних змагань. І до штаб-квартири Mercedes посипалися чеки із проханням вписати потрібну сумуза право мати С111. Штутгартці ж ще більше підігріли інтерес до «ески», в 1970 р. представивши другу генерацію купе з ще більш фантастичним дизайном, 4-секційним ротором і дивовижними характеристиками (4800 см куб., 350 л. с., 300 км/год). Для доведення Mercedes побудував п'ять макетів, які днювали і ночували на Хокенхаймрінг і Нюрбургрінг, готуючись встановити серію рекордів швидкості. Преса смакувала майбутню «битву титанів» між роторним Mercedes, атмосферним Ferrari та наддувним Porsche у чемпіонаті світу з гонок на витривалість. На жаль, повернення у великий спорт не відбулося. По-перше, С111 був дуже дорогим навіть для Mercedes, по-друге, німці не могли пустити у продаж таку сиру конструкцію. А після карибської нафтової кризи вони взагалі прикрили проект, зосередившись на дизельних двигунах. Ними й обладнали останні версії C111, які встановили кілька світових рекордів.

Фелікс Ванкель, який не має закінченої технічної освіти, під кінець життя досяг світового визнання в галузі двигунобудування та ущільнювальної техніки, завоювавши масу нагород і титулів. Його ім'ям названо вулиці та площі німецьких міст (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring). Окрім двигунів, Ванкель розробив нову концепцію швидкісних суден та самостійно побудував кілька човнів.

Найцікавіше, що роторний двигун, який зробив його мільйонером і приніс йому всесвітню славу, Ванкель не любив, вважаючи його «гидким каченям». Реальні працюючі РПД були зроблені за так званою «концепцією ККМ», яка передбачає планетарне обертання ротора і вимагає введення зовнішніх противаг. Неабияку роль відіграв і той факт, що цю схему запропонував не Ванкель, а інженер NSU Вальтер Фройде. Сам же Ванкель до останніх днів вважав ідеальною схему двигуна «з поршнями, що обертаються, без нерівномірно обертових частин» (Drehkolbenmasine — DKM), концептуально набагато більш красиву, але технічно складну, яка вимагає, зокрема, установки свічок запалювання на роторі, що обертається. Тим не менш, роторні двигуни по всьому світу пов'язують саме з ім'ям Ванкеля, оскільки всі, хто близько знав виборця, в один голос стверджують, що без невгамовної енергії німецького інженера світ так і не побачив би цього дивовижного пристрою. Фелік Ванкель пішов із життя у 1988 році.
Цікава історія з Mercedes 350 SL. Ванкель дуже хотів мати роторний Mercedes С-111. Але фірма Mercedes не пішла йому назустріч. Тоді винахідник взяв серійний 350 SL, викинув звідти «рідний» двигун і встановив ротор від С-111, який був легшим за 8-циліндровий на 60 кг, але розвивав істотно велику потужність (320 к.с. при 6500 об/хв). У 1972 році, коли інженерний геній закінчив роботу над своїм черговим дивом, він міг би сидіти за кермом найшвидшого на той момент "Мерседеса" SL-класу. Іронія полягала в тому, що права водія Ванкель до кінця життя так і не отримав.

Відродженням інтересу до РПД ми завдячуємо новому двигуну Mazda Renesis (від RE - Rotary Engine - і Genesis). За десятиліття японським інженерам вдалося вирішити всі основні проблеми РПД — токсичність вихлопу і неекономічність. Порівняно з попередником вдалося скоротити споживання масла на 50%, бензину на 40% і довести викид шкідливих оксидів до норм, що відповідають Euro IV. Двоциліндровий двигун об'ємом всього 1,3 л видає потужність 250 л.с. і займає набагато менше місця у руховому відсіку.

Спеціально під новий двигунбув розроблений автомобіль Mazda RX-8, який, за словами бренд-менеджера Mazda Motor Europe Мартіна Брінка, створювався за новою концепцією - автомобіль "будувався" навколо двигуна. У результаті розважування по осях RX-8 ідеальне - 50 на 50. Використання унікальної форми і маленьких розмірів двигуна дозволило помістити центр ваги дуже низько. «RX-8 не є гоночним монстромАле це найкраща в управлінні машина, яку я колись водив», — із захопленням розповідав Popular Mechanics Мартін Брінк.

Бочка меду.

Поза всякими сумнівами, з першого погляду роторно-поршневий двигун має масу переваг перед традиційними двигунамивнутрішнього згоряння:
- меншим на 30-40% кількістю деталей;
- меншими в 2-3 рази габаритами та масою, порівняно з відповідним за потужністю стандартним ДВС;
- плавна характеристика крутного моменту у всьому діапазоні оборотів;
- відсутність кривошипно-шатунного механізму, а, отже, набагато менший рівень вібрації та шуму;
- Високий рівень оборотів (до 15000 об/хв!).

Ложка дьогтю…

Здавалося б, якщо «Ванкель» має такі переваги над поршневим двигуном, то кому потрібні ці громіздкі, важкі, гримлячі та вібруючі поршневі двигуни? Але, як це часто буває, практично все далеко не так шоколадно. Жоден геніальний винахід, вийшовши за поріг лабораторії, вирушав у кошик із позначкою «для сміття». Серійне виробництво знайшло не на один камінь, а на цілий розсип граніту:
- відпрацювання процесу згоряння в камері несприятливої ​​форми;
- забезпечення герметичності ущільнень;
- забезпечення роботи без жолоблення корпусу в умовах нерівномірного нагріву;
- Низький термічний ККД через те, що камера згоряння РПД набагато більша, ніж у традиційного ДВС;
- висока витрата палива;
- висока токсичність газоподібних продуктів згоряння;
- Вузька зона температур для роботи РПД: при низьких температурахпотужність двигуна різко падає, при високих - швидке зносущільнень ротора.

І чого більше? Плюсів чи мінусів? Чи коштує овчинка вичинки? Чи має сенс (якщо не більше – можливість) освоювати серійне виробництво РПД?

Головна відмінність внутрішнього пристрою та принципу роботи роторного двигуна від ДВЗ полягає у повній відсутності рухової активності, при цьому вдається досягти високих оборотів роботи мотора. У роторного двигуна або інакше двигуна Ванкеля є й ряд інших переваг, їх ми і розглянемо докладніше.

Загальний принцип влаштування роторного двигуна

РПД одягнений в овальний корпус для оптимального розміщення ротора, що має трикутну форму. Відмінна особливістьротора без шатунів і валів, що значно спрощує конструкцію. Власне, ключовими деталями РД є ротор і статор. Основна рухова функція в такому типі двигуна здійснюється за рахунок руху ротора, розташованого всередині корпусу, що має схожість з овалом.

Принцип дії ґрунтується на високошвидкісному русі ротора по колу, в результаті створюються порожнини для запуску пристрою.

Чому роторні двигуни не мають попиту?

Парадокс роторного двигуна полягає в тому, що при всій простоті конструкції він не настільки затребуваний, як двигун внутрішнього згоряння, що має дуже складні конструктивні особливості та складності при здійсненні ремонтних робіт.

Зрозуміло, роторний двигун не позбавлений недоліків, інакше він знайшов би широке застосування в сучасному автопроміА можливо ми б і не дізналися про існування ДВС, адже роторний був сконструйований значно раніше. Так навіщо так ускладнювати конструкцію, спробуємо розібратися.

Явними недоліками роторного двигуна можна вважати відсутність надійної герметизації в камері згоряння. Це легко пояснити конструктивними особливостями та умовами роботи двигуна. В ході інтенсивного тертя ротора зі стінками циліндра відбувається нерівномірне нагрівання корпусу і, як наслідок, метал корпусу розширюється від нагрівання лише частково, що і призводить до виражених порушень герметизації корпусу.

Для посилення герметичних властивостей, особливо за умови вираженої різниці температурних режимівміж камерою і системою впуску або випуску, сам циліндр виготовляють з різних металів і розміщують в різних частинах циліндра, для поліпшення герметичності.

Для запуску двигуна використовують всього дві свічки, це пов'язано з конструктивними особливостями двигуна, що дозволяють видавати на 20% більше ККД, у порівнянні з двигуном внутрішнього згоряння, за однаковий проміжок часу.

Роторний двигун Желтишева - принцип роботи:

Переваги роторного двигуна

За малих габаритів він здатний розвивати високу швидкістьОднак є в цьому нюансі і великий мінус. Незважаючи на малі габарити, саме роторний двигун споживає величезну кількість пального, а ось ресурс роботи двигуна складає всього 65 000 км. Так, двигун всього 1,3 л споживає до 20 л. палива на 100 км. Можливо, це стало основною причиною відсутності популярності цього виду моторів для масового споживання.

Ціна на бензин у всі часи вважається актуальною проблемоюлюдства, враховуючи, що світові запаси нафти розташовані на Близькому сході, у зоні постійних бойових конфліктів, ціни на бензин залишаються досить високими, і у найближчій перспективі немає тенденцій для їхнього зниження. Це призводить до пошуку рішень щодо мінімального споживання ресурсів не на шкоду потужності, в чому і полягає головний аргумент на користь ДВС.

Все це в сукупності визначило становище роторних двигунів як відповідний варіант для спорткарів. Однак відомий у всьому світі виробник авто «Мазда» продовжив справу винахідника Ванкеля. Японські інженери завжди намагаються отримувати з незатребуваних моделей максимум користі шляхом модернізації та застосування інноваційних технологійщо дозволяє зберігати лідируючі позиції на світовому автомобільному ринку.

Принцип роботи роторного двигуна Ахрієвих на відео:

Нова модель «Мазда», оснащена роторним двигуном, за потужністю не поступається передовим німецьким моделям, Видаючи до 350 кінських сил. При цьому витрата палива була незрівнянно високою. Інженерам-конструкторам «Мазда» довелося зменшити потужність до 200 кінських сил, що дозволило нормалізувати споживання палива, проте компактні розміри двигуна дозволили наділити авто додатковими перевагами та скласти гідну конкуренціюєвропейським моделям авто.

У нашій країні роторні двигуни не прижилися. Були спроби встановити їх на транспорт спеціалізованих служб, але цей проект не було профінансовано належним чином. Тому всі успішні розробки в цьому напрямку належать японським інженерам з компанії «Мазда», яка має намір найближчим часом показати нову модель авто з модернізованим двигуном.

Як працює роторний мотор Ванкеля на відео

Принцип роботи роторного двигуна

РПД працює за рахунок обертання ротора, так йде передача потужності на коробку через зчеплення. Перетворювальний момент полягає у передачі енергії палива колесам за рахунок обертання ротора, виготовленого з легованої сталі.

Механізм роботи роторно-поршневого двигуна:

• стиск пального;
• упорскування палива;
• збагачення киснем;
• горіння суміші;
• випуск продуктів згоряння палива

Як працює роторний двигун показано на відео:

Ротор закріплений на спеціальному пристроїПри обертанні він утворює незалежні один від одного порожнини. У першій камері відбувається наповнення повітряно-паливною сумішшю. Надалі вона ретельно перемішується.

Потім суміш переходить в іншу камеру, де відбувається стиск та займання, завдяки наявності двох свічок. Надалі суміш переміщається в наступну камеру, з неї витісняються частини переробленого палива, що виходять із системи.

Так відбувається повний цикл роботи роторно-поршневого двигуна, заснованого на трьох тактах роботи за лише один оборот ротора. Саме японським розробникам вдалося суттєво модернізувати роторний двигун та встановити у ньому відразу три ротори, що дозволяє значно збільшити потужність.

Принцип роботи роторного двигуна Зуєва:

На сьогодні, удосконалений двороторний двигун порівняний із двигуном внутрішнього згоряння з шістьма циліндрами, а трироторний за потужністю не поступається 12-ти. циліндрового двигунавнутрішнього згоряння.

Не варто забувати і про компактний розмір двигуна та простоту пристрою, що дозволяє при необхідності здійснювати ремонт або повну замінуосновних агрегатів двигуна. Таким чином, інженерам компанії «Мазда» вдалося подарувати друге життя цього простого та продуктивного пристрою.