Роторно поршневий двигун пристрій. Будова автомобіля

на масових радянських легковикахне було особливих технічних інновацій – ні дизеля, ні автоматичної трансмісії, ні гідропневматичної підвіски, ні турбонаддуву. У величезній країні були затребувані будь-які автомобілі - і з різних причин серійно випускалися досить прості та ремонтопридатні конструкції.

Тим дивніше, що "у радянських була власна гордість", та ще яка - спроектований для легкових машин роторно- поршневий двигун! Причому «роторна тема» обросла чутками домислами та легендами ще на початку вісімдесятих років, і навіть поява автомобілів ВАЗ з РПД у вільному продажу в шалені дев'яності не розставила всі крапки над i.

Предтечі: Фелікс Генріх Ванкель

Німецький інженер-самоучка Фелікс Ванкель зайнявся розробкою роторно-поршневого двигуна ще в двадцяті роки, але в передвоєнний період йому так і не вдалося довести до ладу досвідчені зразки авіадвигунів, незважаючи на підтримку компанії BMW та міністерства авіації.
Після Другої світової війни обладнання Ванкеля було демонтовано та вивезено до Франції. Незважаючи на це інженер-конструктор не припиняв роботу над власним РПД — тепер уже за підтримки компанії NSU. До середини п'ятдесятих Ванкель закінчив теоретичну частину і в 1957 виготовив дослідний зразок, за підсумками випробувань якого в конструкцію були внесені необхідні зміни.

Батько ротора - Фелікс Ванкель

Робота Ванкеля аж ніяк не мала «академічного» характеру: 1963 року почалося виробництво першої серійної моделі NSU - Prince Spyder, а згодом інноваційним двигуном оснащувався і седан бізнес-класу NSU Ro 80.

1 / 4

2 / 4

3 / 4

4 / 4

1 / 2

2 / 2

Коли компанії Audi«у спадок» дісталася марка NSU та її напрацювання, вона навіть випустила прототип Audi KKM на базі «сотки» другого покоління. Надалі тему двигунів Ванкеля в Audi не продовжували.

Однак досить швидко особливості РПД завадили йому здобути ринкову перемогу над традиційними поршневими ДВС із кривошипно-шатунним механізмом. Тим не менш, у роки серійного виробництва моторів Ванкеля патент на право виробництва таких агрегатів придбали багато великі автовиробники, Деякі з яких зайнялися розробкою «роторної теми» всерйоз і надовго. Мабуть, найбільш відомим виробником РПД є японська компанія Mazda, що створила двигун Renesis

1 / 8

2 / 8

Mazda відразу стала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе

3 / 8

Mazda відразу почала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе.

4 / 8

Mazda відразу почала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе.

5 / 8

Mazda відразу почала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе.

6 / 8

Mazda відразу почала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе.

7 / 8

Mazda відразу почала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе.

8 / 8

Mazda відразу почала оснащувати мотором незвичайної конструкції свої спортивні купе.

1 / 2

2 / 2

Mazda Roadpacer – під такою назвою японці продавали у США австралійський седан Holden зі своїм РПД!

1 / 3

2 / 3

За десятиліття виробництва саме японська компанія Mazda «довела до пуття» ротор – звичайно, наскільки це було взагалі можливо

3 / 3

За десятиліття виробництва саме японська компанія Mazda «довела до пуття» ротор – звичайно, наскільки це було взагалі можливо

Зроблено в СССР

Як ідея зайнятися випуском роторно-поршневих двигунів могла виникнути на ВАЗі?
Над різними альтернативними конструкціями поршневих двигунів у СРСР працювали ще в середині ХХ століття — ясна річ, не для автомобілебудування, а для авіації. Потенційно такі мотори могли забезпечити більш високу віддачу, що особливо цінно в літакобудуванні. Безпосередньо до теми РПД у Радянському Союзі розпочали ще «довазовський» період – за вказівкою Мінавтопрому та Мінсільгоспмашу три науково-дослідні інститути (НАМІ, НАТІ та ВНДІмотопрому) зайнялися дослідницькими роботамищодо створення РПД.

Статті / Історія

Важливий птах: історія розробки ГАЗ-13 Чайка

До речі, розвінчав культ особистості Сталіна Микита Сергійович Хрущов теж використовував як транспортний засіб американську техніку. В особистому користуванні майбутнього Першого секретаря ЦК КПРС з 1944 по 1949 роки...

13936 2 21 09.12.2016

Тому розробка Ванкеля та її практичне втілення на серійних автомобілях у Радянському Союзі не залишилося непоміченим. Більш того, легкий і потужний двигун міг стати затребуваним для деяких автомобілів. спеціального призначення— наприклад, так званих «наздоганялок» чи спортивних автомобілів.

Традиційно для автопрому СРСР вольове рішення могло бути ухвалене лише «на самомугорі» — тобто, на рівні міністерства.

Однак ротором на ВАЗі зайнялися за розпорядженням Генерального директораВолзького автозаводу в 1973 році - здавалося б, на власний розсуд. Але не все так просто: до того, як перейти на новий проект– будівництво Волзького автогіганта, ще 1965-го Віктор Миколайович Поляков обіймав посаду заступника міністра автомобільної промисловості СРСР, а 1975-го він і зовсім повернувся до міністерського крісла, очоливши Мінавтопром СРСР. Таким чином, можна стверджувати, що роботи з ротора були затверджені «без двох хвилин» міністром автопрому та його колишнім заступником в одній особі.

Отже, після виходу відповідного наказу Генерального директора було створено спеціальне конструкторське бюро, завданням якого входила як розробка моторів власної конструкції, а й усунення «родових недоліків» мотора Ванкеля, про які радянські конструктори вже були обізнані.

На відміну від західних колег, під «власною конструкцією» в СРСР малася на увазі справді розробка свого варіанту, а не покупка патенту чи готової ліцензії. Як і у випадку з автоматичною трансмісією, радянські інженери через брак варіантів були змушені виготовити свій варіант односекційного мотора Ванкеля, розібравши для цього один японський РПД. Однак попередньо для «натурних випробувань» двигун, знятий зі спеціально придбаної для роботи над ротором Mazda RX-2, було встановлено на Жигулі третьої моделі.

1 / 4

2 / 4

Mazda RX-2 стала для ВАЗа донором як конструкції, так і найпершого РПД, встановленого на Жигулі.

3 / 4

Mazda RX-2 стала для ВАЗа донором як конструкції, так і найпершого РПД, встановленого на Жигулі.

4 / 4

Mazda RX-2 стала для ВАЗа донором як конструкції, так і найпершого РПД, встановленого на Жигулі.

Вже на ранніх етапах на ВАЗі зіткнулися з тим, що при компактності та високій енергоозброєності легкий та потужний РПД був не надто економічним та екологічним, а також відрізнявся частим виходом із ладу ущільнень. По суті, з цією проблемою десятиліттями боролися всі, хто брався за двигуни конструкції Ванкеля, починаючи з німецького інженера – носія цього прізвища. І, до речі, саме низька надійність ущільнень і стала причиною швидкого виходу з ладу на NSU Ro-80, що змусило виробника незабаром припинити випуск цього автомобіля і «закрити роторну тему».

Перший досвідчений зразок СКБ РПД під позначенням ВАЗ-301 був готовий вже в 1976 році, але про будь-який запуск у серію ротора в Тольятті було говорити ще рано — конструкція вийшла явно «сирою».

Вазовський варіант роторно-поршневого двигуна оцінив навіть сам Фелікс Ванкель, який спеціально для цього відвідав Волзький автозавод. "Батько ротора" схвалив загальне компонування тольяттінського РПД.

Вже 1982-го був продемонстрований ВАЗ-21018 - звичайний ВАЗ-21011 з мотором ВАЗ-311 потужністю 70 к.с.

Для того, щоб виявити недоліки конструкції в умовах реальної експлуатації, було випущено партію з 50 двигунів, які встановили на п'ять десятків Жигулів, але через півроку всі мотори, крім одного (!), довелося замінити на традиційні. Ущільнення та підшипники швидко виходили з ладу, а крім того, мотор виявився погано збалансованим і досить ненажерливим.

На землі та на небі

Після першої серйозної невдачі і дисциплінарними покараннями на ВАЗі не припинили займатися роторами, але вирішили остаточно перейти від односекційної конструкції до двосекційної. Такий мотор потенційно був не тільки потужнішим, але й надійнішим.

На той час радянський ротор потенційно вже мав цілком відчутну сферу застосування — наприклад, для встановлення на службові автомобілі спецпідрозділів ДАІ, МВС та КДБ. На відомчих автомобілях недоліки на кшталт не кращої паливної економічності відходили другого план, а високі динамічні характеристики мали вирішальне значення. Дуже важливо, що при експлуатації на службових автомобілях вазовські фахівці могли у вигляді стандартизованих звітів отримати детальну інформаціюпро недоліки та дефекти, виявлені на практиці, але в більш-менш однакових умовах, що забезпечувало певну об'єктивність оцінки.

Іноді радянська преса бідно повідомляла про двигун незвичайної конструкції

До 1983 року було розроблено два нових двосекційних РПД - ВАЗ-411 потужністю 110-120 кінських сил і 140-сильний ВАЗ-413. Передбачалося, що ротори ставитимуть не лише на «рідні» для заводу Жигулі. різних моделей, але й на інший автотранспорт силових структур - зокрема Волги. Зрозуміло, встановлення такого силового агрегату на автомобіль горьківського автозаводувимагала відповідного доопрацювання кріплення та деяких вузлів трансмісії.

1 / 3

2 / 3

ВАЗ-21059 - роторна "п'ятірка". Як і раніше, ніяких відмінностей від звичайної зовні.

3 / 3

ВАЗ-21059 - роторна "п'ятірка". Як і раніше, ніяких відмінностей від звичайної зовні.

У той же час на практично готові до використання РПД звернули увагу й авіатори, які замовили бюро тольяттинському розробку варіанта для застосування на вертольотах і легких літаках.

Втім, роторно-поршневим типом двигуна зацікавилися багато інших підприємств, які замовили тольяттинцям розробку агрегатів для човнів, амбіфій і навіть мотоциклів! Ці послуги завод надавав за договорами на умовах госпрозрахунку, що широко увійшов на той час, тому діяльність СКБ не була для ВАЗу збитковою. Також дослідні зразки авіаційних двигунів ВАЗ-416 та ВАЗ-426 були розроблені вже в епоху функціонування НТЦ ВАЗу в середині 90-х років.

Різні типи застосування РПД дали можливість конструкторам зрозуміти, що Конструктивні рішенняавтомобільних та авіаційних двигунів не можуть бути повністю ідентичними внаслідок суттєвої різниці у режимах роботи моторів на повітряному та автомобільному транспорті.

Статті / Історія

Складні пологи «антилопи»: історія створення ВАЗ-2110

Ще задовго до виходу тридверного хетчбека 2108 року розробникам стало ясно, що на зміну відверто застарілим Жигулям потрібен новий седан. Думки розділилися: частина конструкторів дотримувалась думки, що...

50282 11 10 20.12.2015

Тому одночасна розробка «єдиного» ротором позбавлена ​​практичного сенсу — швидше, роботи можна поєднувати за технологічною і виробничій базі, а чи не за конкретними рішеннями.

РПД та передній привід

Постає питання: а як же передньопривідні автомобілі? Невже ВАЗ не звернув увагу на власну "вісімку"?

Зрозуміло, звернув: робота над РПД для принципово нового сімейства розпочалася, коли ВАЗ-2108 тільки готували до виробництва – у 1979 році, проте більш предметно до теми «передньопривідного ротора» повернулися на початку перебудови, уклавши договір із Запорізьким автозаводом. І вже до 1987 року були розроблені дослідні зразки ВАЗ-414 для передньопривідних автомобілівВАЗ та ЗАЗ, а ще в Тольятті створили варіант свого 40-сильного РПД під індексом 1185 навіть для… Оки! Але надалі керівництво віддало перевагу авіаційному напрямку, а роботи з автомобільних РПД було припинено.

Дрібносерійне виробництво незвичайної модифікації «Жигулів» на базі «п'ятірки» тривало аж до розпаду СРСР, хоча державні закупівлі подібних машин силовими відомствами були зовсім невеликими, а «на бік» автомобілі з роторами під капотом не продавалися.

Але незабаром заводу стало зовсім не до своїх нових розробок — наприкінці вісімдесятих. Державна підтримкаавтозаводів була згорнута, а заводчанам було й без того чим зайнятися — наприклад, створенням або перспективною.

Останній автомобільний РПД ВАЗу

До теми роторних автомобільних двигунівна ВАЗі повернулися вже лише у російський період діяльності заводу, знайшовши можливість навіть у непрості дев'яності роки «дістати з-під сукна» цікаву розробку. Адже у світі на той час давно існували «підігріті» модифікації звичайних міських хетчбеків, з якими вазовський РПД був цілком порівнянний за потужністю, що розвивається.

Наявність такого мотора на автомобілях сімейства 2108 могла «підбадьорити» купівельний інтерес — принаймні у Тольятті на це розраховували.

Навіть у непростих умовах новий РПД для Самари вдалося освоїти досить швидко — благо двигун ВАЗ-415 не потрібно розробляти з нуля. Деякі джерела стверджують, що доводочні роботи при його трансформації в серійний виріб велися досить поспішно або не надто успішно, внаслідок чого мотор все одно зберіг ряд недоліків, притаманних решті вазовського РПД. Втім, існує й інша думка, що цей мотор, навпаки, увібрав у себе всі переваги колишніх розробок - як достатній ресурс, відомий ще по 413-му мотору, так і "щільну" компонування, що дісталася йому у спадок від ВАЗ-414.

Майже одночасно оновили і класику: в 1992 році на базі "сімки" почався випуск модифікації Жигулів ВАЗ-21079 зі 140-сильним двигуном ВАЗ-4132.

1 / 3

2 / 3

Сьома модель стала останніми Жигулями з РПД

3 / 3

Сьома модель стала останніми Жигулями з РПД

Тим не менш, в 1997 році ВАЗ-415 нарешті отримав сертифікат, що дозволяв його встановлення на звичайні товарні авто, які з'явилися незабаром в автосалонах.

«На громадянці»: ставши доступним простим смертним, РПД тут же з'явився на сторінках російських автовидань

Звичайно, ціна машини збільшувалася на цілком відчутні на той час 2,2-2,5 тисячі доларів, зате динаміка «вісімки» покращувалась на порядок. Адже 120-140 роторних кінських сил дозволяли набирати сотню з місця за 8-9 секунд, а реальна максимальна швидкість впритул підібралася до заповітних 200 км/год. Витрата палива, звичайно, при цьому коливалася від 8 до 14 літрів. Зате компактний роторний моторчик крутився до фантастичних 8 тисяч обертів, забезпечуючи «пілоту» відчуття, незрівнянні з розгоном звичайного «зубила».

РПД-415 під капотом ВАЗ-2108 виглядає цілком органічно. Але при цьому мотор помітно компактніший за рідного. Фото: Підзолков Олександр

РПД завжди славився своїм «гарячим характером», тому масляний радіаторйому було необхідне, як повітря. Або вода. Загалом для охолодження. Фото: Підзолков Олександр

Знизу вигляд натякає, що це якась дуже непроста «вісімка». Фото: Підзолков Олександр

Мікропроцесорне запалювання можна було зустріти і на ВАЗ-2108 із звичайним ДВС. Але дуже не часто. Фото: Підзолков Олександр

На жаль, при цьому малозрозумілий більшості ротор залишався "річчю в собі" - звичайним мотористам не була відома технологія його ремонту, та й запасні частини в будь-якому магазині за рогом не продавалися.

До того ж на звичайних вазовських моторах на той час вже набирав обертів, але в РПД харчуванням як і раніше завідував архаїчний карбюратор Солекс.

Суміш РПД готував звичний "Солекс", але зі своїми регулюваннями. «Сектор газу» мав додатковий важіль для приводу дозуючого масляного насосу- лубрикатора. Фото: Підзолков Олександр

Вид зверху на ВАЗ-415 із демонтованим карбюратором. Фото: Підзолков Олександр

І, незважаючи на наявність мікропроцесорної системи запалення (МПСЗ), ротор не міг похвалитися поступливістю та (головне!) довговічністю звичайного поршневого ДВЗ. Адже при заявленому ресурсі в 125 000 км багато моторів починали швидко «вмирати» вже після 50 000 км, чому сприяло застосування «неправильної» олії. Як і в японських автомобілів Mazda з РПД, при цьому різко погіршувався пуск двигуна і збільшувалася витрата масла на чад, а надалі мотор міг вийти з ладу.

Герметичність ущільнень – хворе місце будь-якого РПД не лише ВАЗ-415. Фото: Підзолков Олександр

Численні тюнінгові фірми, що з'явилися в Тольятті і біля нього немов гриби після дощу, в той період пропонували різні за бюджетом і ступенем втручання програми тюнінгу звичайних моторів, які дозволяли без помітної втрати ресурсу знімати практично ту ж потужність, що й у ротора. Адже РПД за традиційної системи харчування було неможливо втиснути в майбутні екологічні нормиЄвро 2, яким без проблем відповідало щойно освоєне вазовське ж уприскування.

Через немасовість виробництва надалі ні роботи, ні саме виробництво РПД ВАЗу були не дуже цікаві, оскільки вони, як і в історії Mazda, могли бути продиктовані хіба що іміджевими міркуваннями. Що у випадку з автозаводом Тольятті було недостатньо вагомим аргументом ...

З перелічених причин вже на початку двохтисячних років вазовський ротор став різко втрачати оберти. Так, ВАЗ-415 встигли приміряти навіть «десятка» і «пляма» у модифікаціях 2110-91 та 2115-91 відповідно, проте незабаром виробництво роторних двигунів на ВАЗі було припинено, а саме СКБ РПД, яке розробило свій останній продукт у 2001 році. перереєстровано.

Майже чотири десятки розробок за 26 років – конструктори СКБ РПД чимало попрацювали над роторною темою

Після 2004 року діяльність КБ у рамках роботи над двигунами РПД була остаточно припинена, а приблизно 2007-го обладнання частково вивезено та утилізовано. Схоже, на цьому в історії радянсько-російського ротора було поставлено остаточну точку.

Чи шкодуєте ви, що роторні ВАЗи так і не вийшли?

Як відомо, принцип роботи роторного двигуна заснований на високих оборотах та відсутності рухів, якими відрізняється ДВЗ. Це і відрізняє агрегат від звичайного двигуна поршневого. РПД називають ще двигуном Ванкеля, і сьогодні ми розглянемо його роботу та явні переваги.

Ротор такого двигуна знаходиться у циліндрі. Сам корпус не круглого типу, а овального, щоб ротор трикутної геометрії нормально поміщався в ньому. У РПД немає колінчастого валу і шатунів, і навіть відсутні у ньому інші деталі, що робить його конструкцію набагато простіше. Якщо говорити іншими словами, то приблизно близько тисячі деталей звичайного двигуна внутрішнього згорянняу РПД немає.

Робота класичного РПД ґрунтується на простому русі ротора всередині овального корпусу. У процесі руху ротора по колу статора створюються вільні порожнини, у яких відбуваються процеси запуску агрегату.

Дивно, але роторний агрегат є якимось парадоксом. У чому полягає? А в тому, що він має геніально просту конструкцію, яка чомусь не прижилася. А ось складніший поршневий варіант став популярним і всюди використовується.

Будова та принцип роботи роторного двигуна

Схема роботи роторного двигуна є чимось зовсім іншим, ніж звичайний ДВС. По-перше, слід залишити у минулому конструкцію двигуна внутрішнього згоряння, відому нам. А по-друге, спробувати увібрати в себе нові знання та поняття.

Як і поршневий, роторний двигун використовує тиск, який створюється при спалюванні суміші повітря і палива. У поршневих двигунах цей тиск створюється в циліндрах, і рухає поршні вперед і назад. Шатуни та колінчастий валперетворюють поворотно-поступальні рухи поршня у обертальний рух, який може бути використаний для обертання коліс автомобіля.

РПД названо так через ротор, тобто таку частину мотора, яка рухається. Завдяки цьому руху потужність передається на зчеплення та КПП. По суті, ротор виштовхує енергію палива, яка потім передається колесам через трансмісію. Сам ротор виконаний обов'язково з легованої сталі та має, як і говорилося вище, форму трикутника.

Капсула, де знаходиться ротор, - це своєрідна матриця, центр всесвіту, де всі процеси відбуваються. Іншими словами, саме в цьому овальному корпусі відбувається:

• стиснення суміші;
• паливне упорскування;
• надходження кисню;
• запалювання суміші;
• віддача згорілих елементів у випуск.

Одним словом, шість в одному, якщо хочете.

Сам ротор кріпиться на спеціальному механізмі і не обертається навколо однієї осі, а ніби бігає. Таким чином, створюються ізольовані один від одного порожнини всередині овального корпусу, в кожній з яких відбувається який-небудь з процесів. Так як ротор трикутний, то порожнин виходить лише три.

Все починається наступним чином: у першій порожнині, що утворюється, відбувається всмоктування, тобто камера наповнюється повітряно-паливною сумішшюяка тут же перемішується. Після цього ротор обертається і штовхає перемішану цю суміш в іншу камеру. Тут суміш стискається і спалахує за допомогою двох свічок.

Суміш після цього йде в третю порожнину, де і відбувається витіснення частин використаного палива до системи вихлопу.

Це повний цикл роботи РПД. Але не все так просто. Це ми розглянули схему РПД лише з одного боку. А ці дії проходять постійно. Якщо говорити інакше, процеси виникають одразу з трьох сторін ротора. У результаті всього за єдиний оборот агрегату повторюється три такти.

Крім того, японським інженерам вдалося вдосконалити роторний двигун. Сьогодні роторні двигуни Мазда мають не один, а два і навіть три ротори, що значно підвищує продуктивність, тим більше якщо порівняти його зі звичайним двигуном внутрішнього згоряння. Для порівняння: двороторний РПД порівняний із шестициліндровим ДВС, а 3-роторний з дванадцятициліндровим. Ось і виходить, що японці виявилися такими далекоглядними і переваги роторного двигуна відразу розпізнали.

Знову ж таки, продуктивність - це не одна перевага РПД. Їх у нього багато. Як і було сказано вище, роторний двигун дуже компактний і в ньому використовується на тисячу деталей менше, ніж у тому ж ДВС. У РПД лише дві основні деталі – ротор і статор, а простіше цього нічого не вигадаєш.

Принцип роботи роторного двигуна

Принцип роботи роторно-поршневого двигуна змусив свого часу багатьох талановитих інженерів здивовано підняти бровами. І сьогодні талановиті інженери компанії Мазда заслуговують на всілякі похвали та схвалення. Чи жарт, повірити у продуктивність, здавалося б, похованого двигуна і дати йому друге життя, та ще яке!

Ротормає три опуклі сторони, кожна з яких діє як поршень. Кожна сторона ротора має заглиблення в ній, що підвищує швидкість обертання ротора в цілому, надаючи більше простору для паливо-повітряної суміші. На вершині кожної грані знаходиться по металевій пластині, які формують камери, в яких відбуваються такти двигуна. Два металеві кільця на кожній стороні ротора формують стінки цих камер. Всередині ротора знаходиться коло, в якому є безліч зубів. Вони з'єднані з приводом, що кріпиться до вихідного валу. Це з'єднання визначає шлях і напрямок, яким ротор рухається всередині камери.

Камера двигунаприблизно овальної форми (але якщо бути точним — це Епітрохоїда, яка у свою чергу є подовженою або укороченою епіциклоїдою, яка є плоскою кривою, що утворюється фіксованою точкою кола, що котиться по іншому колу). Форма камери розроблена так, щоб три вершини ротора завжди знаходилися в контакті зі стінкою камери, утворюючи три закриті об'єми газу. У кожній частині камери відбувається один із чотирьох тактів:

• Впуск
• Стиснення
• згоряння
• Випуск

Отвори для впуску та випуску знаходяться у стінках камери, і на них відсутні клапани. Вихлопний отвір з'єднаний безпосередньо з вихлопною трубою, а впускне безпосередньо підключено до газу.

Вихідний валмає напівкруглі виступи-кулачки, розміщені несиметрично щодо центру, що означає, що вони зміщені від осьової лінії валу. Кожен ротор одягається на один із цих виступів. Вихідний вал є аналогом колінчастого валу в поршневих двигунах. Кожен ротор рухається всередині камери та штовхає свій кулачок.

Так як кулачки встановлені несиметрично, сила з якої ротор на нього тисне, створює момент, що крутить, на вихідному валу, змушуючи його обертатися.

Будова роторного двигуна

Роторний двигун складається із шарів. Двороторний двигун складається з п'яти основних шарів, які утримуються разом завдяки довгим болтам, розташованим по колу. Охолоджуюча рідина протікає через усі частини конструкції.

Два крайні шари закриті і містять підшипники для вихідного валу. Вони також запечатані в основних розділах камери, де містяться ротори. Внутрішня поверхня цих частин дуже гладка та допомагає роторам у роботі. Відділ подачі палива розташований на кінці кожної із цих частин.

Наступний шар містить у собі безпосередньо сам ротор та вихлопну частину.

Центр складається із двох камер подачі палива, по одній для кожного ротора. Він також поділяє ці два ротори, тому його зовнішня поверхня дуже гладка.

У центрі кожного ротора кріпиться дві великі шестерні, які обертаються навколо маленьких шестерень і кріпляться до корпусу двигуна. Це і є орбітою для обертання ротора.

Звичайно ж, якби у роторного мотора не було недоліків, то він обов'язково застосовувався б на сучасних автомобілях. Можливо навіть, що якби роторний двигун був безгрішний, ми й не дізналися б про двигун поршневий, адже роторний створили раніше. Потім людський геній, намагаючись удосконалити агрегат, створив сучасний поршневий варіант мотора.

Але на жаль, мінуси у роторного двигуна є. До таких явних ляп цього агрегату можна віднести герметизацію камери згоряння. Зокрема, це пояснюється недостатньо гарним контактомсамого ротора зі стінками циліндра. При терті зі стінками циліндра метал ротора нагрівається і тому розширюється. І сам овальний циліндр теж нагрівається, і ще гірше - нагрівання відбувається нерівномірно.

Якщо в камері згоряння температура буває вищою, ніж у системі впускання/випуску, циліндр повинен бути виконаний з високотехнологічного матеріалу, що встановлюється в різних місцях корпусу.

Для того, щоб такий двигун запустився, використовуються всього дві свічки запалювання. Більше не рекомендується через особливості камери згоряння. РПД наділений буває зовсім іншою камерою згоряння і видає потужність три чверті робочого часу ДВЗ, а коефіцієнт корисної дії складає цілих сорок відсотків. Порівняно: у поршневого мотора цей показник становить 20%.

Переваги роторного двигуна

Менше частин, що рухаються

Роторний двигун має набагато менше частин, ніж скажімо 4-циліндровий поршневий двигун. Двох роторний двигун має три головні рухомі частини: два ротори і вихідний вал. Навіть найпростіший 4-циліндровий поршневий двигун має як мінімум 40 рухомих частин, включаючи поршні, шатуни, стрижень, клапани, рокери, клапанні пружини, зубчасті ремені і колінчастий вал. Мінімізація частин, що рухаються, дозволяє отримати роторним двигунам більше високу надійність. Саме тому деякі виробники літаків (наприклад, Skycar) використовують роторні двигуни замість поршневих.

М'якість

Всі частини в роторному двигуні безперервно обертаються в одному напрямку, на відміну від постійно змінюють напрямок поршнів у звичайному двигуні. Роторний двигун використовує збалансовані противаги, що обертаються, службовці для придушення будь-яких вібрацій. Подача потужності в роторному двигуні також м'якша. Кожен цикл згоряння відбувається за один оборот ротора в 90 градусів, вихідний вал прокручується три рази на кожне прокручування ротора, кожен цикл згоряння проходить за 270 градусів за які провертається вихідний вал. Це означає, що один роторний двигун виробляє потужність три чверті. Якщо порівнювати з одноциліндровим поршневим двигуном, в якому згоряння відбувається кожні 180 градусів кожного обороту, або тільки чверті обороту колінчастого валу.

Неспішність

У зв'язку з тим, що ротори обертаються на одну третину обертання вихідного валу, основні частини двигуна обертаються повільніше ніж частини у звичайному поршневому двигуні. Це також допомагає і у надійності.

Малі габарити + висока потужність

Компактність системи разом з високим ККД (порівняно зі звичайним ДВС) дозволяє з мініатюрного 1,3-літрового мотора видавати близько 200-250 л.с. Щоправда, разом із головним недоліком конструкції у вигляді високої витрати палива.

Недоліки роторних двигунів

Найголовніші проблеми при виробництві роторних двигунів:

• Досить складно (але не неможливо) підлаштуватися під регламент викиду CO2 у навколишнє середовище, особливо у США.
• Виробництво може коштувати набагато дорожче, здебільшого через невелике серійне виробництво, порівняно з поршневими двигунами.
• Вони споживають більше палива, так як термодинамічний ККД поршневого двигуна знижується в довгій камері згоряння, а також завдяки низькому стиску.
• Роторні двигуни через конструкцію обмежені в ресурсі - в середньому це близько 60-80 тис. км.

Така ситуація просто змушує зараховувати роторні двигуни до спортивних моделей автомобілів. Та і не тільки. Прихильники роторного двигуна сьогодні знайшлися. Це відомий автовиробник Mazda, який став на шлях самурая і продовжив дослідження майстра Ванкеля. Якщо згадати ту саму ситуацію з Субару, то стає зрозумілим успіх. японських виробників, що чіпляються, здавалося б, за все старе і відкинуте західниками як непотрібне. Насправді ж японцям вдається створювати нове зі старого. Те саме тоді сталося з опозитними двигунами, які на сьогоднішній день є «фішкою» Субару. У ті ж часи використання подібних двигунів вважалося мало не злочином.

Робота роторного двигуна також зацікавила японських інженерів, які цього разу взялися до удосконалення Мазди. Вони створили роторний двигун 13b-REW та наділили його системою твін-турбо. Тепер Мазда могла спокійно посперечатися з німецькими моделями, оскільки відкривала цілих 350 конячок, але грішила знову ж таки великою витратою палива.

Довелося йти на крайні заходи. Чергова модель Mazda RX-8 з роторним двигуном вже виходить із 200 конячками, що дозволяє скоротити витрату палива. Але це головне. Заслуговує на повагу інше. Виявилося, що раніше ніхто, крім японців, не здогадався використовувати неймовірну компактність роторного двигуна. Адже потужність 200 к.с. Mazda RX-8 відкривала з двигуном об'ємом 1,3 літра. Одним словом, нова Mazda виходить вже на інший рівень, де здатна конкурувати із західними моделями, беручи не тільки потужністю мотора, але й іншими параметрами, у тому числі і низькою витратою палива.

Дивно, але РПД намагалися ввести в роботу і в нашій країні. Такий двигун був розроблений для встановлення його на ВАЗ 21079, призначений як транспортний засіб для спецслужб, проте проект, на жаль, не прижився. Як завжди, не вистачило бюджетних грошей держави, які чудовим чином із скарбниці викачуються.

Натомість це вдалося зробити японцям. І вони на досягнутому результаті зупинятися не бажають. За останніми даними, виробник Mazda удосконалить двигун і незабаром вийде нова Mazda, вже з зовсім іншим агрегатом.

Різні конструкції та розробки роторних двигунів

Двигун Ванкеля

Двигун Желтишева

Двигун Зуєва

Як відомо, переважна більшість сучасних автомобілів оснащена двигунами внутрішнього згоряння або ДВЗ. Суть їх роботи полягає у перетворенні енергії, що утворюється при спалюванні паливної суміші, на обертання валу, від якого за допомогою механічного приводурух передається на колеса транспортного засобу. У переважній більшості автомобілів зараз використовуються ДВС, влаштовані за поршневою схемою. Але є й інший тип двигунів внутрішнього згоряння, а саме — роторні двигуни. Про цей тип двигуна ми розповімо в цій статті.

Історія роторних двигунів розпочалася у 1957 році, коли німецькими інженерами Феліксом Ванкелем та Вальтером Фройде було продемонстровано перший працездатний зразок такого силового агрегату. Спочатку новинкою дуже серйозно зацікавилися багато провідних світових виробників автомобілів (зокрема, Mercedes-Benz, General Motors, Citroen), однак у результаті тільки японська Mazda зважилася на те, щоб освоїти випуск роторних двигунів великими серіями і не відмовлятися від них протягом тривалого часу.

До речі, навіть вітчизняний ВАЗ протягом цілого ряду років випускав обмеженими серіями"Жигулі" з роторними силовими агрегатами. «Звичайним» покупцям вони не постачалися, а вирушали ці машини до автопарків КДБ і, у невеликих кількостях, МВС СРСР.

Принцип роботи роторного двигуна, як і звичайного поршневого двигуна, базується на перетворенні енергії згоряння в енергію обертання, проте це перетворення здійснюється трохи іншим способом. У роторному двигуні обертальний рух здійснює безпосередньо головний його робочий елемент - ротор. Саме в цьому полягає найважливіша відмінність роторного двигуна внутрішнього згоряння від поршневого ДВС, в якому головними рухомими робочими елементами є поршні, що здійснюють не обертальний, а поворотно-поступальний рух.

Таким чином, у роторних двигунах в силу їх конструкції повністю виключаються досить складні за своєю конструкцією і вимагають періодичного обслуговування кривошипно-шатунні механізми, що перетворюють зворотно-поступальний рух у обертальний рух колінчастого валу.

Так само, як і в поршневому, у роторному двигуні використовується тиск газів, що утворюються в результаті згоряння. паливно-повітряної суміші. Однак воно виникає не в циліндрах, а в камері, яка утворюється тією частиною корпусу, яка закрита стороною трикутного ротора, що знаходиться в ній. Саме він і використовується замість поршнів.

Обертання ротора під впливом цього тиску відбувається по траєкторії, що дуже нагадує лінію, намальовану спірографом. Завдяки цьому всі три вершини трикутного ротора при зіткненні з внутрішніми стінками корпусу двигуна утворюють камери герметичні згоряння. У міру обертання ротора кожен із трьох цих обсягів поперемінно то розширюється, то стискається. Такий режим функціонування роторного ДВЗ забезпечує здійснення таких процесів, як:

• Надходження паливно-повітряної суміші;
• Стиснення;
• Корисну роботу;
• Випуск вихлопу.

Таким чином, роторний двигун так само, як і стандартний поршневий двигун сучасного автомобіля, є чотиритактним.

Система запалювання і система впорскування палива в роторних двигунах схожа з аналогічними, що використовуються в поршневих двигунах, проте будова цих ДВС абсолютно різна. Основними конструктивними елементами роторного двигуна є:

• Ротор;
• Статор (корпус);
• Вихідний вал.

Як вже було сказано вище, ротор розташовується всередині статора (корпусу) і має три опуклі сторони. Кожна з них, по суті, грає роль поршня і має поглиблення, необхідне для того, щоб підвищити швидкість обертання. На кожній із сторін ротора є по два металеві кільця, які формують необхідні для функціонування цього ДВЗ камеризгоряння.

Важливою складовою ротора є зубчасте колесо, розташоване в його центрі і сполучається із закріпленої на корпусі шестерень. Саме завдяки такому сполучення задається необхідна траєкторія та напрямок, за якими ротор обертається в корпусі.

Корпус роторного двигуна внутрішнього згоряння має овальну форму, яка розрахована та реалізована таким чином, щоб з його внутрішніми стінками завжди стикалися всі три вершини ротора. Це необхідно для того, щоб у будь-який момент часу всередині цього силового агрегату були присутні три повністю ізольовані один від одного обсяги газу. Крім того, в корпусі розташовуються порти впуску та випуску, причому в них немає клапанів: впускний порт з'єднується безпосередньо з дроселем, а випускний - безпосередньо з вихлопною системою.

Вихідний вал роторного двигуна зовсім не схожий на колінчастий вал поршневого ДВЗ. На ньому ексцентрично, тобто з деяким усуненням щодо центральної осі розташовуються спеціальні виступи. З кожним з них пов'язаний окремий ротор (їх, до речі, у роторному двигуні розташовується не один, а кілька). При обертанні кожен з роторів штовхає «свій» кулачок, внаслідок чого на валу з'являється момент, що крутить.

Слід зазначити, що це роторні двигуни збираються шарами. У найбільш часто використовуваних двороторних їх п'ять, а утримуються всі за допомогою болтів, встановлених по колу. Охолодження роторних двигунів здійснюється за допомогою рідини, що охолоджує, яка походить через всі частини конструкції. Підшипники та ущільнення для вихідного валу розташовуються у двох крайніх шарах. Вони ж поділяють між собою частини корпусу, у яких розташовуються самі ротори. Впускні порти розташовуються в центральній частині, а випускні - у кожній із крайніх частин.

Переваги та недоліки роторних двигунів

Основними перевагами роторних двигунів у порівнянні з поршневими є:

• Менша кількість деталей, що рухаються;
• Більш плавна робота;
• Вища надійність.

У двороторному двигуні рухається тільки вихідний вал і обидва ротори, в той час, як навіть у найпростішому за конструкцією поршневому ДВС деталей, що рухаються, налічується не менше сорока. Відповідно, надійність роторного силового агрегату виявляється значно вищою.

У роторних двигунах всі частини, що рухаються, обертаються тільки в одному напрямку, що значно зменшує вібрації. Для ефективного гасіння тих, які все ж таки виникають, використовуються противаги. Слід зазначити, що обертання ротора в роторному двигуні становить лише третину від швидкості обертання валу. Це також позитивно впливає на надійність силового агрегату.

У роторних двигунів є кілька істотних недоліків. Мабуть, головний з них полягає в тому, що в порівнянні з поршневими ДВЗ вони витрачають значно більше палива. При цьому витрати на їх виробництво значно вищі, тому на сьогоднішній день великих серій вони не випускають.

Відео на тему

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 виробництвапотрібно дуже 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 у роторно-поршневому ДВС забезпечується радіальними та торцевими ущільнювальними пластинами, що притискаються до «циліндра» стрічковими пружинами, а також відцентровими силамита 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. Всього за досить короткий проміжок часу ліцензії на нову технологію придбали близько ста компаній у всьому світі, включаючи таких монстрів як Rolls-Royce, Porsche, BMW і Ford. - 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.

Картинка клікабельна:

Роторно-поршневий двигун розвиває високу потужністьпри досить скромній витраті 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 рівеньшумів 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 більші оберти, ніж 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 компаніїпродажі по Америці скоротилися з 104960 проданих машин у 1973 році до 61192 - у 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 Mazda після 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». У порівнянні із звичайним поршневим ДВС«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, в якому залишки вуглеводнів вихлопних газахпросто «досягалися». Першим автомобілем, який реалізував таку схему, став Mazda R100, також званий Familia Presto Rotary, випущений у 1968 році. Ця машина, одна з небагатьох, одразу пройшла дуже жорсткі екологічні вимоги, висунуті США в 1970 році для імпортованих автомобілів.
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 системизапалювання, 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 дуже 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, зате дуже 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», що 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 швидкістьроторної "вісімки" становить близько 210 км/год, а до сотні вона розганяється всього 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 Поспєлов і на загальних зборах був обраний Володимир Шнякін - людина, яка прийшла в автомобілебудування з авіації і недолюблює 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 дорогахвиявилося 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 зростав куди 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 в штаб-квартиру Mercedes посипалися чеки з проханням вписати потрібну суму за 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 дніввважав ідеальною схему двигуна «з поршнями, що обертаються, без нерівномірно обертових частин» (Drehkolbenmasine - DKM), концептуально набагато більш красиву, але технічно складну, що вимагає, зокрема, установки свічок запалювання на обертовому роторі. 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 Mercedesне 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 суттєво велику потужність(320 л.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 водійські праваВанкель до кінця життя 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 двигун був 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 рівеньоборотів (до 15000 об/хв!).
Ложка дьогтю…
Здавалося б, якщо «Ванкель» має такі переваги над поршневим двигуном, то кому потрібні ці громіздкі, важкі, гримлячі та вібруючи 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 зношування ущільнень ротора.

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 схема та 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 відомствами СРСР. 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 ДВС з поршневим, то першим впадає у вічі 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 стійкістьмашинина дорозі.

Навіть найлегші з транспортних засобів не 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 двигунападає, 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