Хтось придумав роторний двигун. Роторно-поршневий двигун

З винаходом двигуна внутрішнього згорянняпрогрес у розвитку автомобілебудування зробив крок далеко вперед. Незважаючи на те, що спільне пристрій ДВЗзалишалося однаковим, ці агрегати постійно вдосконалювалися. Поруч із цими моторами з'являлися прогресивніші агрегати роторного типу. Але чому вони так і не набули широкого поширення в автомобільному світі? Відповідь це питання ми розглянемо у статті.

Історія виникнення агрегату

Двигун роторного типу був сконструйований та випробуваний розробниками Феліксом Ванкелем та Вальтером Фройде у 1957 році. Перший автомобіль, на який був встановлений даний агрегат, – спорткар NSU «Спайдер». Дослідження показали, що при потужності двигуна в 57 кінських силця машина могла розігнатися до колосальних 150 кілометрів на годину. Виробництво автомобілів "Спайдер" у комплектації з 57-сильним роторним двигуном тривало близько 3-х років.

Після цього цим типом двигунів стали оснащувати автомобіль NSU Ro-80. Згодом роторні мотори встановлювалися на «Сітроєни», «Мерседеси», ВАЗи та «Шевроле».

Одним із найпоширеніших автомобілів із роторним двигуном є японський спорткар «Мазда» моделі Cosmo Sport. Також японці стали оснащувати цим двигуном модель RX. Принцип роботи роторного двигуна («Мазда» RX) полягав у постійному обертанні ротора зі зміною тактів роботи. Але про це трохи згодом.

Нині японський автовиробник не займається серійним випуском машин із роторними двигунами. Останньою моделлю, на яку ставився такий мотор, стала Mazda RX8 модифікації Spirit R. Однак у 2012 році виробництво даної версії автомобіля було припинено.

Пристрій та принцип роботи

Який роторний двигун має принцип функціонування? Даний тип двигунів відрізняється 4-тактним циклом дії, як і на класичному ДВС. Однак принцип роботи роторно-поршневого двигуна трохи відрізняється від такого у звичайних поршневих.

У чому Головна особливістьцього двигуна? Роторний двигунСтірлінг має у своїй конструкції не 2, не 4 і не 8 поршнів, а всього один. Називається він ротором. Обертається цей елемент у циліндрі спеціальної форми. Ротор насаджується на вал і з'єднується із зубчастим колесом. Останнє має шестерне зчеплення зі стартером. Обертання елемента відбувається по епітрохоїдальній кривій. Тобто лопаті ротора поперемінно перекривають камеру циліндра. В останній відбувається згоряння палива. Принцип роботи роторного двигуна («Мазда» Cosmo Sport у тому числі) полягає в тому, що за один оберт механізм штовхає три пелюстки жорстких кіл. Коли деталь обертається в корпусі, три відсіки всередині змінюють свій розмір. Завдяки зміні розмірів камери створюється певний тиск.

Фази роботи

Як діє роторний двигун? Принцип роботи (gif-зображення та схему РПД ви можете побачити нижче) даного двигуна полягає в наступному. Функціонування двигуна складається з чотирьох циклів, що повторюються, а саме:

1. Подання палива.Це перша фаза роботи двигуна. Вона відбувається у той момент, коли вершина ротора знаходиться на рівні отвору подачі. Коли камеру відкрито для основного відсіку, її обсяг наближається до мінімуму. Як тільки ротор обертається повз неї, у відсік потрапляє паливно-повітряна суміш. Після цього камера знову стає закритою.
2. Стиснення. Коли ротор продовжує рух, простір у відсіку зменшується. Таким чином, відбувається стиснення суміші з повітря та палива. Як тільки механізм проходить відсік зі свічок запалювання, об'єм камери знову зменшується. У цей момент відбувається запалення суміші.
3. Запалення. Найчастіше роторний двигун (ВАЗ-21018 у тому числі) має кілька свічок запалювання. Це пов'язано з великою довжиною камери згоряння. Як тільки свічка спалахує горючу суміш, рівень тиску всередині збільшується в десятки разів. Таким чином, ротор знову приводиться у дію. Далі тиск у камері та кількість газів продовжують зростати. У цей момент відбувається переміщення ротора і створення моменту, що крутить. Так триває доти, доки механізм не пройде вихлопний відсік.
4. Випуск газів.Коли ротор проходить даний відсік, газ під високим тиском починає вільно переміщатися в вихлопну трубу. При цьому рух механізму не припиняється. Ротор стабільно обертається доти, доки обсяг камери згоряння знову не впаде до мінімуму. До цього часу з мотора видавиться решта відпрацьованих газів.

Саме такий має роторний двигун принцип роботи. ВАЗ-2108, на який також монтувався РПД, як і японська «Мазда», відрізнявся тихою роботою мотора та високими динамічними характеристиками. Але в серійне виробництводана модифікація так і не була запущена. Отже, ми з'ясували, який роторний двигун має принцип роботи.

Недоліки та переваги

Не дарма даний моторпривернув увагу багатьох автовиробників. Його особливий принцип роботи та конструкція мають цілий рядпереваг у порівнянні з іншими типами ДВЗ.

Отже, які має роторний двигун плюси та мінуси? Почнемо з явних переваг. По-перше, роторний двигун має найбільш збалансовану конструкцію, тому практично не викликає високих вібрацій при роботі. По-друге, даний мотор має більш легку вагу та більшу компактність, а тому його установка особливо актуальна для виробників спортивних автомобілів. Крім того, невелика вага агрегату дала можливість конструкторам досягти ідеальної розважуваннянавантажень по осях. Таким чином, автомобіль з цим двигуном ставав більш стійким та маневреним на дорозі.

Ну і, звичайно ж, простору конструкції. Незважаючи на ту саму кількість тактів роботи, пристрій даного двигуна набагато простіше, ніж у поршневого аналога. Для створення роторного двигуна була потрібна мінімальна кількість вузлів і механізмів.

Однак головний козир даного двигуна полягає не в масі та низьких вібраціях, а у високому ККД. Завдяки особливому принципу роботи роторний мотормав велику потужністьта коефіцієнт корисної дії.

Тепер про недоліки. Їх виявилося набагато більше, ніж переваг. Основна причина, через яку виробники відмовлялися купувати такі мотори, полягала в їх високій витраті палива. У середньому на сто кілометрів такий агрегат витрачав до 20 літрів пального, а це, погодьтеся, чимала витрата за сьогоднішніми мірками.

Складність виробництва деталей

Крім того, варто відзначити високу вартість виробництва деталей цього двигуна, яка пояснювалася складністю виготовлення ротора. Для того щоб даний механізмправильно пройшов епітрохоїдальну криву, потрібна висока геометрична точність (для циліндра у тому числі). Тому при виготовленні роторних двигунів неможливо обійтися без спеціалізованого дорогого обладнання та особливих знань у технічної галузі. Відповідно всі ці витрати заздалегідь закладаються в ціну автомобіля.

Перегріви та високі навантаження

Також через особливу конструкцію даний агрегат був часто схильний до перегріву. Уся проблема полягала у лінзоподібній формі камери згоряння.

На відміну від неї, класичні ДВЗ мають сферичну конструкцію камери. Паливо, яке згоряє в лінзовидному механізмі, перетворюється на теплову енергію, що витрачається не тільки на робочий хід, а й на нагрівання самого циліндра. Зрештою, часте «закипання» агрегату призводить до швидкого зносуі виходу його з ладу.

Ресурс

Не тільки циліндр зазнає великих навантажень. Дослідження показали, що при роботі ротора значна частина навантажень лягає на ущільнювачі між форсунками механізмів. Вони піддаються постійному перепаду тиску, тому максимальний ресурсдвигуна становить трохи більше 100-150 тисяч кілометрів.

Після цього мотору потрібно капітальний ремонт, вартість якого часом дорівнює купівлі нового агрегату.

Витрата олії

Також роторний двигун дуже вимогливий до обслуговування.

Витрата олії у нього становить понад 500 мілілітрів на 1 тисячу кілометрів, що змушує заливати рідину кожні 4-5 тис. кілометрів пробігу. Якщо вчасно не зробити заміну, двигун просто вийде з ладу. Тобто до питання обслуговування роторного двигуна потрібно підходити відповідальніше, інакше найменша помилказагрожує дорогим ремонтом агрегату.

Різновиди

на Наразііснує п'ять різновидів даних типів агрегатів:

Роторний двигун (ВАЗ-21018-2108)

Історія створення ВАЗівських роторних ДВС датується 1974 роком. Саме тоді було створено перше конструкторське бюро РПД. Однак перший розроблений нашими інженерами двигун мав схожу конструкцію з двигуном Ванкеля, який укомплектовувався на імпортні седани NSU Ro80. Радянський аналог отримав назву ВАЗ-311. Це перший радянський роторний двигун. Принцип роботи на ВАЗівські автомобіліданого двигуна має однаковий алгоритм дії РПД Ванкеля.

Першим автомобілем, на який стали встановлювати дані двигуни, став ВАЗ модифікації 21018. Машина практично нічим не відрізнялася від свого «предка» – моделі 2101 – за винятком ДВС, що використовується. Під капотом новинки стояв односекційний РПД потужністю 70 кінських сил. Проте в результаті досліджень на всіх 50 зразках моделей було виявлено численні поломки двигуна, які змусили Волзький завод відмовитися від застосування. даного типуДВС на своїх автомобілях на найближчі кілька років.

Основна причина несправностей вітчизняного РПД полягала у ненадійних ущільненнях. Проте радянські конструктори вирішили врятувати цей проект, презентувавши світові новий 2-секційний роторний двигун ВАЗ-411. Згодом було розроблено ДВС марки ВАЗ-413. Основні їх відмінності полягали у потужності. Перший екземпляр розвивав до 120 кінських сил, другий – близько 140. Однак у серію дані агрегати знову не увійшли. Завод вирішив ставити їх тільки на службові автомобілі, що використовувалися у ДАІ та КДБ.

Мотори для авіації, «вісімок» та «дев'яток»

У наступні роки розробники намагалися створити роторний мотор для вітчизняної малої авіації, проте всі спроби виявились безрезультатними. У результаті конструктори знову зайнялися розробкою двигунів для легкових (тепер уже передньопривідних) автомобілів ВАЗ серії 8 і 9. На відміну від своїх попередників новорозроблені мотори ВАЗ-414 і 415 були універсальними і могли використовуватися на задньопривідних моделях авто типу "Волга" і так далі.

Характеристики РПД ВАЗ-414

Вперше даний двигунз'явився на «дев'ятках» лише 1992 року. Порівняно зі своїми «предками» цей мотор мав такі переваги:

• Високу питому потужність, яка давала можливість машині набрати сотню всього за 8-9 секунд.
• Великий коефіцієнт корисної дії. З одного літра палива, що згоріло, вдавалося отримати до 110 кінських сил потужності (і це без будь-якого форсування і додаткової розточування блоку циліндрів).
• Високий потенціал для форсування. При правильному налаштуванніможна було збільшити потужність двигуна кілька десятків кінських сил.
• Високооборотність мотора. Такий двигун здатний був працювати навіть за 10 000 об./хв. За таких навантажень міг функціонувати лише роторний двигун. Принцип роботи класичних ДВЗ дозволяє їх експлуатувати довго на високих оборотах.
• Відносно мала витрата палива. Якщо колишні екземпляри «з'їдали» на «сотню» близько 18-20 літрів палива, цей агрегат споживав всього 14-15 в середньому режимі експлуатації.

Сьогоднішня ситуація із РПД на Волзькому автозаводі

Всі вищеописані двигуни не набули великої популярності, і незабаром їх виробництво було згорнуто. Надалі Волзький автозавод поки що не планує відроджувати розробку роторних двигунів. Так що РПД ВАЗ-414 так і залишиться зім'ятим клаптиком паперу в історії вітчизняного машинобудування.

Отже, ми з'ясували, який має роторний двигун принцип роботи та пристрій.

Зазвичай «серце» машини є цилидро-поршневою системою, тобто засноване на зворотно-поступальному русі, проте є й інший варіант – автомобілі з роторним двигуном.

Автомобілі з роторним двигуном – головна відмінність

Основна складність у роботі ДВС з класичними циліндрами – перетворення зворотно-поступального руху поршнів у момент, без якого колеса не будуть обертатися. Саме тому з того моменту, як був створений перший, вчені і механіки-самоуки ламали голови над тим, як зробити мотор з вузлами, що виключно обертаються. Вдалося це німецькому техніку-самородку Ванкелю.

Перші ескізи були ним розроблені 1927 року, після закінчення вищої школи. Надалі механік купив невелику майстерню і впритул зайнявся своєю ідеєю. Підсумком багаторічної роботи стала робоча модель роторного ДВС, створена спільно з інженером Вальтер Фройде. Механізм виявився схожим на електромотор, тобто основою його став вал із тригранним ротором, дуже схожим на трикутник Рело, який був поміщений у камеру овальної форми. Кути упираються в стінки, створюючи з ними герметичний рухомий контакт.

Порожнина статора (корпусу) ділиться осердям на відповідне числу його сторін кількість камер, причому за один оборот ротора відпрацьовуються: упорскування палива, займання, викид відпрацьованих газів. Насправді їх, звичайно, 5, але два проміжні, стиснення палива та розширення газів, можна не брати до уваги. За один повний цикл відбувається 3 обороти валу, а якщо врахувати, що зазвичай встановлюються два ротори в протифазі, автомобілі з роторним двигуном мають потужність у 3 рази більшу, ніж класичні циліндро-поршневі системи.

Наскільки популярним є роторний дизельний двигун?

Першими машинами, на яких було встановлено ДВС Ванкеля, стали легковики NSU Spider 1964 року випуску потужністю 54 к.с., що дозволяло розганяти транспортні засоби до 150 км/год. Далі, в 1967 році, був створений стендовий варіант седана NSU Ro-80, красивий і навіть елегантний, з навуженим капотом і дещо вищим багажником. У серійне виробництво він так і не вийшов. Втім, саме цей автомобіль підштовхнув багато компаній купувати ліцензії на роторний дизельний двигун. До них увійшли Toyota, Citroen, GM, Mazda. Ніде новинка не прижилася. Чому? Тому причиною були її серйозні недоліки.

Камера, що утворюється стінками статора і ротора, значно перевищує об'єм класичного циліндра, паливно-повітряна суміш виходить нерівномірною.. Через що навіть із застосуванням синхронного розряду двох свічок не забезпечується повне згорянняпалива. Як наслідок – ДВС неекономічний та неекологічний. Саме тому, коли вибухнула паливна криза, NSU, яка зробила ставку на роторні двигуни, була змушена злитися з Volkswagen, де від «ванкелів», що дискредитували себе, відмовилися.

Компанією Mercedes-Benz було випущено лише два автомобілі з ротором – С111 першого (280 л.с., 257.5 км/год, 100 км/год за 5 сек) та другого (350 л.с., 300 км/год, 100 км /год за 4.8 сек) покоління. Компанією Chevroletтакож було випущено дві пробні машини Corvette, з двосекційним двигуном на 266 л. і з чотирисекційним на 390 к.с., але все обмежилося їхньою демонстрацією. За 2 роки, починаючи з 1974 року, компанією Citroen були випущені з конвеєра 874 автомобіля Citroen GS Birotor потужністю 107 к.с., потім їх відкликали для ліквідації, проте близько 200 так і залишилися у автолюбителів. Отже, є можливість зустріти їх сьогодні на дорогах Німеччини, Данії чи Швейцарії, якщо, звичайно, їхнім власникам дався капітальний ремонт роторного двигуна.

Найбільш стабільне виробництво змогла налагодити компанія Mazda, з 1967 по 1972 роки було випущено 1519 автомобілів Cosmo, втілені в двох серіях по 343 і 1176 машин. За той же період було випущено в масове виробництвокупе Luce R130. Ванкелі почали ставити на всі без винятку моделі Mazda з 1970 року, в тому числі і на автобус Parkway Rotary 26, що розвиває швидкість до 120 км/год при масі 2835 кг. Приблизно водночас почалося виробництво роторних двигунів у СРСР, щоправда, без ліцензії, отже, до всього доходили своїм розумом з прикладу розібраного «ванкелю» з NSU Ro-80.

Розробка здійснювалася на заводі ВАЗ. У 1976 році було якісно змінено двигун Ваз-311, а через шість років масово почала випускатися марка Ваз-21018 з ротором потужністю 70 к.с. Щоправда, на всій серії невдовзі було встановлено поршневий ДВС, оскільки всі «ванкелі» зламалися під час обкатування, і знадобилася заміна роторного двигуна. З 1983 року з конвеєра стали з'їжджати моделі Ваз-411 та Ваз-413 на 120 та 140 к.с. відповідно. Ними були оснащені загони ДАІ, МВС та КДБ. В даний час роторами займається виключно компанія Mazda.

Самостійно щось зробити із ДВС Ванкеля досить складно. Найбільш доступна дія – заміна свічок. На перших моделях вони були вмонтовані у нерухомий вал, навколо якого обертався не тільки ротор, але і сам корпус. Надалі, навпаки, статор зробили нерухомим, встановивши в стінці 2 свічки навпроти клапанів упорскування палива і випуску відпрацьованих газів. Будь-які інші ремонтні роботи, якщо ви звикли до класичних поршневим ДВС, практично неможливі.

У двигуні Ванкеля деталей на 40% менше, ніж у стандартному ДВЗ, робота якого заснована на ЦПГ (циліндро-поршневій групі).

Опорні вкладки валу змінюються в тому випадку, якщо почала переглядати мідь, для цього знімаємо шестірні, здійснюємо заміну і знову напресовуємо зубчасті колеса. Потім оглядаємо сальники і, якщо потрібно, міняємо їх теж. Здійснюючи ремонт роторного двигуна своїми руками, будьте уважні при знятті та встановленні пружин маслознімних кілець, Передні та задні розрізняються за формою. Торцеві пластини теж за необхідності піддаються заміні, причому встановлювати їх потрібно згідно з літерним маркуванням.

Кутові ущільнення в першу чергу монтуються з передньої сторони ротора, бажано їх садити на зелене мастило кастролівське, щоб зафіксувати на час складання механізму. Після встановлення валу ставляться тильні кутові ущільнення. Накладаючи на статор прокладки, змастіть герметиком. Апеки із пружинами у кутові ущільнювачі вставляються вже після того, як ротор поміщений у корпус статора. У останню чергузмащуються герметиком прокладки передньої та задньої секцій перед кріпленням кришок.

Ідея роторного двигуна занадто приваблива: коли і конкурент дуже далекий від ідеалу, здається, що ось-ось подолаємо недоліки і отримаємо не мотор, а саму досконалість… Mazda перебувала в полоні цих ілюзій аж до 2012 року, коли була знята з виробництва остання модель роторним двигуном - RX-8.

Історія створення роторного двигуна

Друге ім'я роторного двигуна (РПД) – ванкель (такий собі аналог дизеля). Саме Феліксу Ванкелю сьогодні приписуються лаври винахідника роторно-поршневого двигуна і навіть розповідається зворушлива історія про те, як Ванкель йшов до поставленої мети тоді, коли Гітлер йшов до своєї.

Насправді все було трохи інакше: талановитий інженер, Фелікс Ванкель справді працював над розробкою нового, простого двигунавнутрішнього згоряння, але це був інший двигун, заснований на сумісному обертанні роторів.

Після війни Ванкель був залучений німецькою фірмою NSU, яка займалася в основному випуском мотоциклів, в одну з робочих груп, які працювали над створенням двигуна роторного під керівництвом Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля - це великі дослідження ущільнень клапанів, що обертаються. Базова схемата інженерна концепція належать Фройді. Хоча Ванкель мав патент на подвійне обертання.

Перший двигун мав камеру, що обертається, і нерухомий ротор. Незручність конструкції навело на думку поміняти схему подекуди.

Перший двигун з ротором, що обертається, почав роботу в середині 1958 року. Він мало відрізнявся від свого нащадка наших днів – хіба свічки довелося перенести на корпус.

Незабаром фірма оголосила, що їй вдалося створити новий і дуже перспективний двигун. Майже сотня компаній, що займаються виробництвом автомобілів, закупили ліцензії на випуск цього мотора. Третина ліцензій опинилась у Японії.

РПД у СРСР

А от радянський Союзліцензію не купував зовсім. Розробки власного роторного двигуна почалися з того, що до Союзу привезли та розібрали німецький автомобіль Ro-80, виробництво якого NSU розпочало у 1967 році.

Через сім років після цього на заводі ВАЗ з'явилося конструкторське бюро, яке розробляло виключно роторно-поршневі двигуни. Його працями у 1976 році виник двигун ВАЗ-311. Але перший млинець вийшов грудкою, і його допрацьовували ще шість років.

Перший радянський серійний автомобільз роторним двигуном – це ВАЗ-21018, представлений у 1982 році. На жаль, вже в дослідній партії у всіх машин вийшли з ладу двигуни. Доопрацьовували ще рік, після чого з'явився ВАЗ-411 та ВАЗ 413, які були взяті на озброєння. силовими відомствамиСРСР. Там не особливо переживали за витрату палива і малий ресурс мотора, зате потребували швидких, потужних, але непомітних авто, здатних наздогнати іномарку.

РПД на Заході

На Заході роторний двигун не виробив буму, а кінець його розробкам у США та Європі поклав паливну кризу 1973 року, коли ціни на бензин різко злетіли, і покупці машин стали прицінюватися до моделей з економним витрачанням палива.

Якщо врахувати, що роторний двигун з'їдав до 20 літрів бензину на сотню км, продаж його під час кризи впав до краю.

Єдиною країною Сході, яка втратила віру, стала Японія. Але і там виробники досить швидко охолонули до двигуна, який ніяк не хотів удосконалюватись. І врешті-решт там залишився один стійкий олов'яний солдатик – компанія Mazda. У СРСР паливна криза не відчувалася. Виробництво машин із РПД тривало і після розпаду Союзу. ВАЗ припинив займатися РПД лише у 2004 році. Mazda змирилася лише у 2012.

Особливості роторного двигуна

В основу конструкції покладено ротор трикутної форми, кожна грань якого має опуклість (). Ротор обертається за планетарним типом навколо центральної осі – статора. Вершини трикутника при цьому описують складну криву, що називається епітрохоїдою. Форма цієї кривої зумовлює форму капсули, усередині якої обертається ротор.

У роторного двигуна ті ж чотири такти робочого циклу, що і у його конкурента - поршневого двигуна.

Камери утворюються між гранями ротора та стінками капсули, їх форма – змінна серпоподібна, що є причиною деяких істотних недоліків конструкції. Для ізоляції камер один від одного використовуються ущільнювачі - радіальні та торцеві пластини.

Якщо порівнювати роторний ДВСз поршневим, то першим впадає в око те, що за один оборот ротора робочий хід відбувається три рази, а вихідний вал при цьому обертається втричі швидше, ніж сам ротор.

У РПД відсутня система газорозподілущо дуже спрощує його конструкцію. А висока питома потужність при малому розмірі та вазі агрегату є наслідком відсутності колінвалу, шатуни та інші сполучення між камерами.

Переваги та недоліки роторних двигунів

Переваги

Роторний двигун хороший тим, що складається з значно меншого числа деталей, Чим його конкурент - відсотків на 35-40.

Два двигуни однакової потужності - роторний і поршневий - сильно відрізнятимуться габаритами. Поршневий вдвічі більше.

Роторний двигун не відчуває великого навантаження на високих оборотахнавіть у тому випадку, якщо на низькій передачі розганяти машину до швидкості понад 100 км/год.

Автомобіль, на якому стоїть роторний двигун, простіше врівноважити, що дає підвищену стійкість машинина дорозі.

Навіть найлегші з транспортних засобівне страждають від вібрації, бо РПД вібрує значно менше, ніж «поршневик». Це відбувається з більшої збалансованості РПД.

Недоліки

Головним недоліком роторного двигуна автомобілісти назвали б його. малий ресурсякий є прямим наслідком його конструкції. Ущільнювачі зношуються дуже швидко, тому що їхній робочий кут постійно змінюється.


Мотор відчуває перепади температурчерез кожен такт, що також сприяє зносу матеріалу. Додайте до цього тиск, який виявляється на поверхні, що труться, що лікується тільки впорскуванням масла безпосередньо в колектор.

Знос ущільнювачівстає причиною витоку між камерами, перепади тиску між якими надто великі. Через це ККД двигуна падає, а шкода екології зростає.

Серпоподібна форма камер не сприяє повноті згоряння паливаа швидкість обертання ротора і мала довжина робочого ходу - причина виштовхування ще занадто гарячих, не до кінця згорілих газів на вихлоп. Крім продуктів згоряння бензину там ще є масло, що в сукупності робить вихлоп дуже токсичним. Поршневий – приносить менше шкоди екології.

Надмірні апетитидвигуна на бензин вже згадувалися, а олія він "жере" до 1 літра на 1000 км. Причому варто вкотре забути про масло і можна потрапити на великий ремонт, якщо не заміну двигуна.

Висока вартість- через те, що для виготовлення мотора потрібне високоточне обладнання та дуже якісні матеріали.

Як бачите, недоліків у роторного двигуна повно, але поршневий мотор недосконалий, тому змагання між ними не припинялося так довго. Чи закінчилося воно назавжди? Час покаже.

Розповідаємо як влаштований та працює роторний двигун

Роторно-поршневий двигун або двигун Ванкеля є мотором, де головним робочим елементом здійснюються планетарні кругові рухи. Це принципово інший вид двигуна, відмінний від поршневих побратимів у сімействі ДВС.

У конструкції такого агрегату використовується ротор (поршень) з трьома гранями, що зовні утворює трикутник Рело, що здійснює кругові рухи в циліндрі особливого профілю. Найчастіше поверхня циліндра виконана по епітрохоїді (плоскою кривою, отриманою точкою, яка жорстко пов'язана з колом, що здійснює рух по зовнішній сторонііншого кола). Насправді можна зустріти циліндр і ротор інших форм.

Складові елементи та принцип роботи

Пристрій двигуна типу РПД гранично проста та компактна. На вісь агрегату встановлюється ротор, який міцно з'єднується із шестернею. Остання зчіплюється зі статором. Ротор, що має три грані, рухається епітрохоїдальної циліндричної площини. В результаті чого об'єми робочих камер циліндра, що змінюються, відсікаються за допомогою трьох клапанів. Ущільнювальні пластини (торцевого та радіального типу) притискаються до циліндра під дією газу та за рахунок дії доцентрових сил та стрічкових пружин. Виходять три ізольовані камери різні за об'ємними розмірами. Тут здійснюються процеси стискання суміші пального і повітря, що надійшла, розширення газів, що надають тиск на робочу поверхнюротора та очищають камеру згоряння від газів. На ексцентрикову вісь передається круговий рухротора. Сама вісь знаходиться на підшипниках та передає момент обертання на механізми трансмісії. У цих моторах здійснюється одночасна робота двох механічних пар. Одна, яка складається із шестерень, регулює рух самого ротора. Інша - перетворює обертові рух поршня в обертові рухи ексцентрикової осі.

Деталі Роторно-поршневого двигуна

Принцип роботи двигуна Ванкеля

На прикладі двигунів, встановлених на автомобілях ВАЗ, можна назвати такі технічні характеристики:
- 1,308 см3 – робочий об'єм камери РПД;
- 103 кВт/6000 хв-1 - номінальна потужність;
- 130 кг маса двигуна;
- 125000 км - ресурс двигуна до першого повного його ремонту.

Сумішоутворення

Теоретично в РПД застосовують кілька різновидів сумішоутворення: зовнішнє і внутрішнє, з урахуванням рідких, твердих, газоподібних видів палива.
Щодо твердих видівпалива варто відзначити, що їх спочатку газифікують у газогенераторах, оскільки вони призводять до підвищеного золоутворення в циліндрах. Тому більшого поширення на практиці набули газоподібні та рідкі палива.
Сам механізм утворення суміші в двигунах Ванкеля залежатиме від виду палива, що застосовується.
При використанні газоподібного палива його змішування з повітрям відбувається у спеціальному відсіку на вході у двигун. Горюча сумішу циліндри надходить у готовому вигляді.

З рідкого палива суміш готується наступним чином:

1. Повітря поєднується з рідким паливом перед надходженням в циліндри, куди надходить горюча суміш.
2. У циліндри двигуна рідке паливо і повітря надходять окремо, і вже всередині циліндра відбувається їхнє змішування. Робоча суміш виходить при зіткненні з залишковими газами.

Відповідно, паливно-повітряна суміш може готуватися поза циліндрами або всередині них. Від цього йде поділ двигунів із внутрішнім або зовнішнім утворенням суміші.

Особливості РПД

Переваги

Переваги двигунів роторно-поршневого типу порівняно із стандартними бензиновими двигунами:

- Низькі показники рівня вібрації.
У моторах типу РПД відсутня перетворення зворотно-поступального руху на обертальний, що дозволяє агрегату витримати високі обороти з меншими вібраціями.

- Гарні динамічні характеристики.
Завдяки своєму пристрою такий мотор, встановлений у машині, дозволяє її розігнати понад 100 км/год на високих обертах без надмірного навантаження.

— Хороші показникипитомої потужності за малої маси.
Через відсутність у конструкції двигуна колінчастого валуі шатунів досягається невелика маса частин, що рухаються в РПД.

— У двигунах такого типу практично відсутня система мастила.
Безпосередньо в паливо додається олія. Паливно-повітряна суміш сама здійснює змащування пар тертя.

- Мотор роторно-поршневого типу має невеликі габаритні розміри.
Встановлений роторно-поршневий мотордозволяє максимально використовувати корисний простір моторного відсікуавтомобіля, рівномірно розподілити навантаження на осі автомашини та краще розрахувати розташування елементів коробки передач та вузлів. Наприклад, чотиритактний двигунтакої ж потужності буде вдвічі більше роторного двигуна.

Недоліки двигуна Ванкеля

- Якість моторної олії.
При експлуатації такого типу двигунів необхідно приділяти належну увагу якісному складу масла, що застосовується в двигунах Ванкеля. Ротор і камера двигуна, що знаходиться всередині, мають велику площу зіткнення, відповідно, знос двигуна відбувається швидше, а також такий двигун постійно перегрівається. Нерегулярна зміна масла завдає величезної шкоди двигуну. Зношування мотора зростає в рази через наявність абразивних частинок у відпрацьованому маслі.

- Якість свічок запалювання.
Експлуатантам таких двигунів доводиться бути особливо вимогливим до якісного складу свічок. У камері згоряння через її невеликий об'єм, протяжну форму і високу температуру утруднений процес запалювання суміші. Наслідком є ​​підвищена робоча температура та періодична детонація камери згоряння.

- Матеріали ущільнювальних елементів.
Істотною недоробкою двигуна типу РПД можна назвати ненадійну організацію ущільнень проміжків між камерою, де згоряє паливо, та ротором. Пристрій ротора такого мотора досить складне, тому ущільнення потрібні і по роторах, і по бічній поверхні, що має зіткнення з кришками двигуна. Поверхні, які піддаються тертю, необхідно постійно змащувати, що виливається в підвищена витратаолії. Практика показує, що двигун типу РПД може потребувати від 400 гр до 1 кг масла на кожні 1000 км. Знижуються екологічні показники роботи двигуна, так як пальне згоряє разом з маслом, в результаті навколишнє середовищевикидається велика кількість шкідливих речовин.

Через свої недоробки такі мотори не набули широкого поширення в автомобілебудуванні та у виготовленні мотоциклів. Але на базі РПД виготовляються компресори та насоси. Авіамоделісти часто використовують такі двигуни для конструювання своїх моделей. Через невисокі вимоги до економічності та надійності конструктори не застосовують складну систему ущільнень у таких моторах, що значно знижує його собівартість. Простота його конструкції дозволяє легко вбудувати в авіамодель.

ККД роторно-поршневої конструкції

Незважаючи на ряд недоробок, проведені дослідження показали, що загальний ККД двигуна Ванкеля досить високий за сучасними мірками. Його значення становить 40 – 45%. Для порівняння, у поршневих двигунів внутрішнього згоряння ККД становить 25%, у сучасних турбодизелів – близько 40%. Самий високий ККДу поршневих дизельних двигунівскладає 50%. До цього часу вчені продовжують роботу з пошуку резервів для підвищення ККД двигунів.

Підсумковий ККД роботидвигуна складається з трьох основних частин:

1. Паливна ефективність (показник, що характеризує раціональне використання пального в двигуні).

Дослідження у цій галузі показують, що лише 75% пального згоряє у повному обсязі. Є думка, що дана проблемавирішується шляхом поділу процесів згоряння та розширення газів. Необхідно передбачити облаштування спеціальних камер за оптимальних умов. Горіння має відбуватися у замкнутому обсязі, за умови наростання температурних показниківі тиску, розширювальний процес має відбуватися за невисоких показників температур.

1. ККД механічний (характеризує роботу, результатом якої стало утворення переданого споживачеві крутного моменту головної осі).

Близько 10% роботи двигуна витрачається на приведення в рух допоміжних вузлів та механізмів. Виправити цю недоробку можна шляхом внесення змін у пристрій двигуна: коли головний робочий елемент, що рухається, не торкається до нерухомого корпусу. Постійне плече крутного моменту має бути присутнім на всьому шляху проходження основного робочого елемента.

1. Термічна ефективність (показник, що відображає кількість теплової енергії, утвореної від спалювання пального, що перетворюється на корисну роботу).

Насправді 65% отриманої теплової енергії випаровується з відпрацьованими газами в зовнішнє середовище. Ряд досліджень показав, що можна досягти підвищення показників термічної ефективності в тому випадку, коли конструкція двигуна дозволяла б здійснювати згоряння пального в теплоізольованій камері, щоб від самого початку досягалися максимальні показники температури, а в кінці ця температура знижувалася до мінімальних значень шляхом включення парової фази.

Сучасний стан роторно-поршневого двигуна

На шляху масового застосування двигуна стали значні технічні труднощі:
- Відпрацювання якісного робочого процесу в камері несприятливої ​​форми;
- Забезпечення герметичності ущільнення робочих обсягів;
- Проектування та створення конструкції корпусних деталей, які надійно прослужать весь життєвий цикл роботи двигуна без жолоблення при нерівномірному нагріванні цих деталей.
В результаті величезної виконаної науково-дослідної та дослідно-конструкторської роботи цим фірмам вдалося вирішити майже всі найбільш складні технічні завдання на шляху створення РПД та вийти на етап їхнього промислового виробництва.

Перший масовий автомобіль NSU Spider із РПД почала випускати фірма NSU Motorenwerke. Внаслідок частих переборок двигунів через вище сказані технічні проблеми на ранньому етапі розвитку конструкції двигуна Ванкеля, взяті NSU гарантійні зобов'язанняпривели її до фінансового краху і банкрутства і злиття з Audi в 1969 році.
Між 1964 та 1967 роком вироблено 2375 автомобілів. В 1967 Spider був знятий з виробництва і замінений на NSU Ro80 з роторним двигуном другого покоління; за десять років виробництва Ro80 випущено 37 398 машин.

Найбільш успішно з цими проблемами впоралися інженери фірми Mazda. Вона і залишається єдиним масовим виробником машин із роторно-поршневими двигунами. Дороблений двигун серійно почався ставити на автомобіль Mazda RX-7 з 1978 року. З 2003 наступність прийняла модель Mazda RX-8, вона і є на даний момент масовою та єдиною версією автомобіля із двигуном Ванкеля.

Російські РПД

Перша згадка про роторний двигун у Радянському Союзі відноситься до 60-х років. Дослідницькі роботиз роторно-поршневих двигунів почалися в 1961 році, відповідною постановою Мінавтопрому та Мінсільгоспмашу СРСР. Промислове вивчення з подальшим виведенням на виробництво даної конструкції почалося в 1974 році на ВАЗі. спеціально для цього було створено спеціальне конструкторське бюро роторно-поршневих двигунів (СКБ РПД). Оскільки ліцензію купити не було можливості, було розібрано та скопійовано серійний «ванкель» від NSU Ro80. На цій основі розробили та зібрали двигун Ваз-311, а відбулася ця знаменна подія у 1976 році. На ВАЗі розробляли цілу лінійку РПД від 40 до 200 сильних двигунів. Доопрацювання конструкції тривало майже шість років. Вдалося вирішити цілу низку технічних проблем пов'язані з працездатністю газових та маслознімних ущільнень, підшипників, налагодити ефективний робочий процес у камері несприятливої ​​форми. Свій перший серійний автомобіль ВАЗ із роторним двигуном під капотом представив публіці у 1982 році, це був Ваз-21018. Машина зовні і конструктивно була як і всі моделі цієї лінійки, за одним винятком, зокрема, під капотом стояв односекційний роторний двигун потужністю 70 к.с. Тривалість розробки не завадила статися конфузу: на всіх 50 дослідних машинах при експлуатації виникли поломки мотора, що змусили завод встановити на його місце звичайний поршневий.

Ваз 21018 з роторно-поршневим двигуном.

Встановивши, що причиною неполадок були вібрації механізмів та ненадійність ущільнень, конструктори врятували проект. Вже 83-го з'явилися двосекційні Ваз-411 і Ваз-413 (потужністю, відповідно, 120 і 140 к.с.). Незважаючи на низьку економічність та малий ресурс, сфера застосування роторного двигуна все-таки знайшлася – ДАІ, КДБ та МВС були потрібні потужні та непомітні машини. Оснащені роторними двигунами «Жигулі» та «Волги» легко наздоганяли іномарки.

З 80-х років 20 століття СКБ був захоплений новою темою – застосування роторних двигунів у суміжній галузі авіаційної. Відхід від основної галузі застосування РПД призвело до того, що для передньопривідних машинроторний двигун Ваз-414 створюється лише до 1992 року, та ще три роки доводиться. 1995 року Ваз-415 був представлений до сертифікації. На відміну від попередників він універсальний, і може встановлюватися під капотом як задньопривідних (класика і ГАЗ), так і передньопривідних машин (ВАЗ, Москвич). Двосекційний «Ванкель» має робочий об'єм 1308 см 3 та розвиває потужність 135 к.с. при 6000об/хв. "Дев'яносто дев'яту" він прискорює до сотні за 9 секунд.

Роторно-поршневий двигун ВАЗ-414

На даний момент проект із розробки та впровадження вітчизняного РПД заморожено.

Нижче представлено відео пристрою та роботи двигуна Ванкеля.

Головна відмінність внутрішнього пристроюі принципу роботи роторного двигуна від ДВС полягає у повній відсутності рухової активності, при цьому вдається досягти високих оборотів роботи двигуна. 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 режимів між камерою та системою впуску або випуску, сам циліндр виготовляють із різних металів і розміщують їх у різних частинах циліндра, для покращення 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 швидкість, проте 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 разом визначило положення роторних двигунів, як підходящий варіантдля спортивних автомобілів. 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 дало змогу нормалізувати споживання палива, проте компактні розміри двигуна дозволили наділити авто додатковими перевагами та скласти гідну конкуренцію європейським 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 часомпоказати нову модельавто з модернізованим двигуном.

Як працює роторний двигун Ванкеля на відео

Принцип роботи роторного двигуна

РПД працює за рахунок обертання ротора, так йде передача потужності на коробку через зчеплення. Перетворюючий 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 стиснення 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 з двигуном внутрішнього згоряння з шістьма циліндрами, а трироторний за потужністю не поступається 12-циліндровому двигуну внутрішнього згоряння.

Не варто забувати і про компактний розмірдвигуна 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.