Ванкель двигатель: Двигатель Ванкеля — устройство и принцип работы РПД автомобиля

Содержание

Американец построил двигатель Ванкеля с двенадцатью роторами — ДРАЙВ

Вас поражала лемановская Mazda 787B аж с четырёхсекционным двигателем Ванкеля? Забудьте. Перед вами агрегат с двенадцатью секциями.

Изобретатель Тайсон Гэрвин мечтает изменить мир гонок. Для начала — гонок на воде. Его роторный мотор с 12 секциями, размещёнными в три ряда, предназначен для скоростных катеров. Но автомобили-монстры мы держим в уме: уж очень необычные получаются характеристики у двигателя, названного R12. Строго говоря, исходный образец был готов ещё год назад. Но он служил лишь для проверки работоспособности идеи и был оснащён карбюратором.

Теперь же новатор сделал то, на что рассчитывал с самого начала, — снабдил своё чудище распределённым впрыском (такой вариант показан на снимке вверху).

Основные детали те же, что у простых двигателей Ванкеля, – треугольные роторы, эксцентриковые валы, корпуса секций. Но здесь всё соединено в диковинную систему. Набор шестерён на одном конце общего блока сводит тягу с трёх эксцентриковых валов на общий выходной вал (нижний центральный на правом снимке).

Гэрвин, участник трансокеанских гонок на катерах, мечтал получить компактный и мощный агрегат, который примерно вписывался бы в габариты джиэмовских биг-блоков. За несколько лет работы изобретатель рассмотрел и отверг 100 вариантов, пока не пришёл к схеме с тремя рядами по четыре ротора, хотя и тут пришлось поломать голову над размещением впускных и выпускных патрубков.

На заднем плане мелькают автомобили — потенциальное поле деятельности неутомимого Гэрвина.

В итоге длина двигателя составляет 76 см, ширина — 79 см, высота — 61 см, рабочий объём — 15,7 л, вес — 377 кг. Полагаете, это много? Учтите, что в атмосферном варианте он выдаёт 1140 л.с. И американец намерен поставить сюда турбонаддув. В зависимости от его давления с R12 можно будет снять от 2400 до 5400 л.с. Последняя цифра достижима только с топливом с октановым числом 116, и при этом ресурс будет ограничен несколькими гонками. Крутящий момент тоже неплох. На прошлогоднем образце испытатель получал на стенде 1105 Н•м, не поднимая обороты выше 3200 об/мин. А ведь конструкция рассчитана на 9000 в нормальном режиме и 11 000 оборотов — в гоночном. Теперь Гэрвину предстоит проверить агрегат в новом варианте с электронным впрыском топлива, а потом добавить турбокомпрессор.

В этом ролике можно увидеть запуск сырого образца годичной давности.

Двигатель Ванкеля — Мастерок.жж.рф — LiveJournal

Паровые машины и двигатели внутреннего сгорания обладают одним общим недостатком — возвратно-поступательное движение поршня должно быть преобразовано во вращательное движение колёс. Отсюда и заведомо низкий КПД, и высокая изнашиваемость элементов механизма. Многим хотелось построить двигатель внутреннего сгорания так, чтобы все подвижные части в нём только вращались — как это происходит в электромоторах.

Однако задача оказалась не простой, успешно решить её удалось только механику-самоучке, который за всю свою жизнь так и не получил ни высшего образования, ни даже рабочей специальности.

 

Феликс Генрих Ванкель (Felix Heinrich Wankel, 1902–1988) родился 13 августа 1902 года в небольшом немецком городке Лар. Во время Первой мировой войны погиб отец Феликса, из-за чего будущему изобретателю пришлось бросить гимназию и пойти работать учеником продавца в книжной лавке при издательстве. Благодаря этой работе Ванкель пристрастился к чтению книг, по которым он самостоятельно изучал технические дисциплины, механику и автомобилестроение.

Существует легенда, что решение задачи пришло семнадцатилетнему Феликсу во сне. Правда это или нет — неизвестно. Зато очевидно, что Феликс обладал весьма незаурядными способностями к механике и «незамыленным» взглядом на вещи. Он понял, как все четыре цикла работы обычного двигателя внутреннего сгорания (впрыск, сжатие, сгорание, выхлоп) можно осуществить при вращении.

Довольно быстро Ванкель пришёл к первой конструкции двигателя, и в 1924 году он организовал небольшую мастерскую, которая также служила и импровизированной «лабораторией». Здесь Феликс и начал проводить первые серьёзные исследования в области роторно-поршневых ДВС.

С 1921 года Ванкель был активным членом НСДАП. Он выступал за партийные идеалы, был основателем всегерманского военного юношеского объединения и юнгфюрером различных организаций. В 1932 году он вышел из партии, обвинив одного из своих бывших коллег в политической коррупции.

Однако по встречному обвинению ему самому пришлось провести в тюрьме шесть месяцев. Освободившись из заключения благодаря заступничеству Вильгельма Кепплера (Wilhelm Keppler), он продолжил работы над двигателем. В 1934 он создал первый опытный образец и получил на него патент. Он сконструировал новые клапаны и камеры сгорания для своего мотора, создал несколько различных его вариантов, разработал классификацию кинематических схем различных роторно-поршневых машин.

 

 

В 1936 году прототип двигателя Ванкеля заинтересовал BMW — Феликс получил деньги и собственную лабораторию в Линдау для разработки опытных авиадвигателей.

Впрочем, до самого разгрома фашистской Германии ни один двигатель Ванкеля в серию не пошёл. Возможно, на доведение конструкции до ума и создания массового производства требовалось слишком много времени.

После войны лаборатория была закрыта, оборудование вывезено во Францию, а Феликс остался без работы (сказалось былое членство в национал-социалистической партии).

Однако вскоре Ванкель всё же получил должность инженера-конструктора в компании NSU Motorenwerke AG, являющейся одним из старейших производителей мотоциклов и автомобилей.

В 1957 году совместными усилиями Феликса Ванкеля и ведущего инженера NSU Вальтера Фрёде (Walter Froede) роторно-поршневой двигатель впервые был установлен на автомобиль NSU Prinz. Первоначальная конструкция оказалась далека от совершенства: даже для замены свечей требовалось разбирать почти весь «движок», надёжность оставляла желать лучшего, а про экономичность на данном этапе разработки и вовсе говорить было грешно. В результате испытаний в серию пошёл всё же автомобиль с традиционным ДВС. Тем не менее первый роторно-поршневой двигатель DKM-54 доказал свою принципиальную работоспособность, открыл направления для дальнейшей доводки и продемонстрировал колоссальный потенциал «роторников».

Таким образом, новый тип ДВС получил, наконец, свою путёвку в жизнь. В дальнейшем его ждёт ещё немало усовершенствований и доработок. Но перспективы роторно-поршневого двигателя настолько привлекательны, что инженеров уже ничто не могло остановить в деле доведения конструкции до эксплуатационного совершенства.

 

 

Прежде чем разбирать достоинства и недостатки роторно-поршневых ДВС, стоит всё-таки подробней рассмотреть их конструкцию.
В центре ротора проделано круглое отверстие, изнутри покрытое зубцами как у шестерёнки. В это отверстие вставлен вращающийся вал меньшего диаметра, также с зубцами, что обеспечивает отсутствие проскальзывания между ним и ротором. Отношения диаметров отверстия и вала подобраны так, чтобы вершины треугольника двигались по одной и той же замкнутой кривой, которая называется «эпитрохоида», — искусство Ванкеля как инженера заключалось в том, чтобы сначала понять, что это возможно, а потом всё точно рассчитать. В итоге, поршень, имеющий форму треугольника Рело, отсекает в камере, повторяющей форму найденной Ванкелем кривой, три камеры переменного объёма и положения.

Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту «роторник» оказывается значительно проще обычного четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу деталей больше.

Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к «цилиндру» ленточными пружинами, а также центробежными силами и давлением газа.

Ещё одна его техническая особенность — это высокая «производительность труда». За один полный оборот ротора (то есть за цикл «впрыск, сжатие, воспламенение, выхлоп»), выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.

 

 

После первой же успешной демонстрации роторного ДВС в 1957 году крупнейшие автогиганты стали проявлять к разработке повышенный интерес. Сначала лицензию на двигатель, получивший неформальное название «ванкель», купила корпорация Curtiss-Wright, через год, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp и Mazda. Всего за весьма короткий промежуток времени лицензии на новую технологию приобрели около ста компаний во всём мире, включая таких монстров как Rolls-Royce, Porsche, BMW и Ford.
Такой интерес к «ванкелю» столь крупных игроков автомобильного рынка объясняется его большим потенциалом и значительными достоинствами — в роторно-поршневом двигателе на 40% меньше деталей, он проще в ремонте и производстве.

К тому же «ванкель» почти в два раза компактней и легче традиционного поршневого ДВС, что в свою очередь улучшает управляемость автомобиля, облегчает оптимальное расположение трансмиссии и позволяет сделать более просторный и удобный салон.

 

 

Роторно-поршневой двигатель развивает высокую мощность при довольно скромном расходе топлива. Например, современный «ванкель» объёмом всего 1300 смі развивает мощность в 220 л. с., а с турбокомпрессором — все 350. Ещё один пример — миниатюрный двигатель OSMG 1400 весом 335 г (рабочий объем 5 смі) развивает мощность в 1,27 л.с. Фактически, эта кроха на 27% сильнее лошади.

Ещё одно важное преимущество — низкий уровень шумов и вибраций. Роторно-поршневой двигатель отлично уравновешен механически, кроме того масса движущихся частей (и их количество) в нём значительно меньше, благодаря чему «ванкель» работает гораздо тише и не вибрирует.

И, наконец, роторно-поршневой двигатель отличается великолепными динамическими характеристиками. На низкой передаче можно без особой нагрузки на движок разогнать автомобиль до 100 км/ч на высоких оборотах двигателя. Кроме того, сама конструкция «ванкеля» за счёт отсутствия механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, способна выдержать большие обороты, чем традиционный ДВС.

 

 

После вышедшего в 1964 году NSU Spyder последовали легендарная модель NSU Ro 80 (в мире до сих пор существует множество клубов владельцев этих машин), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973). Но единственным массовым производителем стала японская Mazda, выпускавшая с 1967 года порой по 2-3 новые модели с РПД. Роторные двигатели ставили на катера, снегоходы и легкие самолеты. Конец эйфории пришел в 1973 году, в разгар нефтяного кризиса. Тут-то и проявился основной недостаток роторных двигателей — неэкономичность. За исключением Mazda, все автопроизводители свернули роторные программы, а у японской компании продажи по Америке сократились со 104960 проданных машин в 1973 году до 61192 — в 1974-м.
Наряду с неоспоримыми достоинствами, «ванкель» также обладал и целым рядом очень серьёзных недостатков. Во-первых, долговечность. Один из первых прототипов роторно-поршневых двигателей на испытаниях выработал свой ресурс всего за два часа. Следующий, более успешный DKM-54 уже выдержал сто часов, но этого для нормальной эксплуатации автомобиля всё равно было недостаточно. Основная проблема крылась в неравномерном износе внутренней поверхности рабочей камеры. На ней в процессе эксплуатации появлялись поперечные борозды, которые получили говорящее имя «метки дьявола».

 

 

В компании Mazda после приобретения лицензии на «ванкель» был сформирован целый отдел, занимавшийся усовершенствованием роторно-поршневого двигателя. Довольно скоро выяснилось, что при вращении треугольного ротора, заглушки на его вершинах начинают вибрировать, в результате чего и образуются «метки дьявола».

В настоящее время проблему надежности и долговечности окончательно решили, применив высококачественные износостойкие покрытия, в том числе керамические.

Другая серьезная проблема — повышенная токсичность выхлопа «ванкеля». По сравнению с обычным поршневым ДВС «роторник» выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов, за счёт неполного сгорания топлива. Довольно быстро инженеры Mazda, уверовавшие в блестящее будущее «ванкеля», нашли простое и эффективное решение и этой проблемы. Они создали так называемый термальный реактор, в котором остатки углеводородов в выхлопных газах просто «дожигались». Первым автомобилем, реализовавшим такую схему, стал Mazda R100, также называемый Familia Presto Rotary, выпущенный в 1968 году. Эта машина, одна из немногих, сразу прошла весьма жёсткие экологические требования, выдвинутые США в 1970 году для импортируемых авто.

Следующая проблема роторно-поршневых двигателей частично вытекает из предыдущей. Это экономичность. Расход топлива стандартного «ванкеля» из-за неполного сгорания смеси существенно выше, чем у стандартного ДВС. И снова инженеры Mazda принялись за работу. При помощи целого комплекса мер, включающих переработку термореактора и карбюратора, добавление теплообменника в выхлопную систему, разработку каталитического конвертера и внедрение новой системы зажигания, компания добилась снижения потребления топлива на 40%. В результате этого несомненного успеха в 1978 году был выпущен спортивный автомобиль Mazda RX-7.

 

 

Стоит отметить, что в это время во всём мире машины с роторно-поршневыми двигателями выпускала только Mazda и… АвтоВАЗ.
Именно в провальном 1974 году советское правительство создает на Волжском автозаводе специальное конструкторское бюро РПД (СКБ РПД) — социалистическая экономика непредсказуема. В Тольятти начались работы по строительству цехов для серийного производства «ванкелей». Поскольку ВАЗ изначально планировался как простой копировальщик западных технологий (в частности, фиатовских), заводскими специалистами было принято решение воспроизводить двигатель Mazda, напрочь откинув все десятилетние наработки отечественных двигателестроительных институтов.

Советские чиновники довольно долго вели переговоры с Феликсом Ванкелем на предмет покупки лицензий, причем некоторые из них проходили прямо в Москве. Денег, правда, не нашли, и поэтому воспользоваться некоторыми фирменными технологиями не удалось. В 1976 году заработал первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с., еще пять лет ушло на доводку конструкции, после чего была выпущена опытная партия в 50 штук роторных «единичек» ВАЗ-21018, мгновенно разошедшихся среди работников ВАЗа. Тут же выяснилось, что двигатель только внешне напоминал японский — сыпаться он стал очень даже по-советски. Руководство завода было вынуждено за полгода заменить все двигатели на серийные поршневые, сократить на половину штат СКБ РПД и приостановить строительство цехов. Спасение отечественного роторного двигателестроения пришло от спецслужб: их не очень интересовал расход топлива и ресурс двигателя, зато сильно — динамические характеристики. Тут же из двух двигателей ВАЗ-311 был сделан двухсекционный РПД мощностью 120 л.с., который стал устанавливаться на «спецединичку» — ВАЗ-21019. Именно этой модели, получившей неофициальное название «Аркан», мы обязаны бесчисленным количеством баек про милицейские «Запорожцы», догоняющие навороченные «Мерседесы», а многие стражи порядка — орденами и медалями. До 90-х годов внешне непритязательный «Аркан» действительно легко догонял все машины. Помимо ВАЗ-21019 на АвтоВАЗе также выпускаются малые партии автомобилей ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Максимальная скорость роторной «восьмерки» составляет около 210 км/ч, а до сотни она разгоняется всего за 8 секунд.

Оживший на спецзаказах СКБ РПД стал делать двигатели для водного и автоспорта, где машины с роторными двигателями стали настолько часто завоевывать призовые места, что спортивные чиновники были вынуждены запретить применение РПД.

В 1987 году умер руководитель СКБ РПД Борис Поспелов и на общем собрании был выбран Владимир Шнякин — человек, пришедший в автомобилестроение из авиации и недолюбливающий наземный транспорт. Главным направлением СКБ РПД становится создание двигателей для авиации. Это была первая стратегическая ошибка: самолетов у нас выпускается несоизмеримо меньше автомобилей, а завод живет с проданных двигателей.

Второй ошибкой стала ориентация в сохранившемся производстве автомобильных РПД на маломощные двигатели ВАЗ-1185 в 42 л.с. для «Оки», хотя более прожорливые, но более динамичные роторные двигатели так и просятся на самые быстроходные отечественные машины — например, на «восьмерки». Те же японцы устанавливают «ванкели» только на спортивные модели. В итоге на российских дорогах оказалось всего несколько роторных микролитражек «Ока». В 1998 году был наконец-то подготовлен гражданский вариант двухцилиндрового роторного 1,3-литрового двигателя ВАЗ-415, который стали устанавливать на ВАЗ-2105, 2107, 2108 и 2109.

 

 

В мае 1998 г был омологирован кольцевой ВАЗ-110 «РПД-спорт» (190 л. с., 8500 об/мин, 960 кг, 240 км/ч). Увы, дальше одного-единственного образца, чаще демонстрируемого на выставках, чем стартующего в гонках, дело не пошло. 110-я была самой мощной в пелотоне, но откровенно сырая конструкция всякий раз не давала ей продемонстрировать весь свой потенциал. Однако обидней всего то, что на «ВАЗе» быстро охладели к роторному направлению, а уникальную «Ладу» переделали в ралли-кар с обычным ДВС.

Так почему же все ведущие производители автомобилей ещё не пересели на «ванкели»? Дело в том, что для производства роторно-поршневых двигателей требуется, во-первых, отточенная технология со множеством самых разнообразных нюансов и далеко не каждая компания готова пройти путь той же Mazda, попутно наступая на многочисленные «грабли». А во-вторых, нужны специальные высокоточные станки, способные вытачивать поверхности, описанные такой хитрой кривой как эпитрохоида.

 

Mazda RX-7 — это один из первых автомобилей, на котором ставился роторно-поршневой двигатель Ванкеля. За всю историю Mazda RX-7 было четыре поколения. Первое поколение с 1978 по 1985 год. Второе поколение — с 1985 по 1991. Третье поколение — с 1992 по 1999. Последнее, четвёртое поколение — с 1999 по 2002 год. Первое поколение RX-7 появилось в 1978 году. Оно имело среднемоторную компоновку и оснащалось роторным двигателем мощностью всего 130 л. с.

 

В настоящее время только Mazda занимается серьёзными исследованиями в области роторно-поршневых двигателей, постепенно совершенствуя их конструкцию, и большая часть подводных камней в этой области уже пройдена. «Ванкели» вполне соответствуют мировым стандартам по уровню токсичности выхлопа, потреблению топлива и надёжности. Для современных станков поверхности описанные эпитрохоидой не являются проблемой (как не являются проблемой и куда более сложные кривые), новые конструкционные материалы позволяют увеличить срок службы роторно-поршневого двигателя, а его стоимость уже сейчас оказывается ниже, чем у стандартного ДВС за счёт меньшего количества используемых деталей.

Как и NSU, Mazda в 60-е гг. была небольшой компанией с ограниченными техническими и финансовыми ресурсами. Основу ее модельного ряда составляли развозные грузовички да семейные малолитражки. Поэтому нет ничего удивительного, что спорт-купеMazda 110S Cosmo (982 см куб., 110 л. с., 185 км/ч) создавалось более 6 лет и оказалось весьма капризным и дорогим. Да и подпорченная NSU Ro80 репутация не способствовала ажиотажу (в 1967–1972 гг. нашли своих владельцев только 1175 «космосов»), но мировой интерес к 110S способствовал увеличению продаж всей остальной продукции фирмы!

Чтобы доказать, что РПД столь же надежен (его превосходство в мощности уже стало для всех очевидным), Mazda чуть ли не впервые в жизни приняла участие в соревнованиях, причем выбрала самую трудную и продолжительную гонку – 84-часовой Marathon De La Route, проходивший на Нюрбургринге. Как экипажу из Бельгии удалось занять 4-е место (вторая машина сошла с дистанции за три часа до финиша из-за заклинивших тормозов), уступив только «выросшим» на «Нордшляйфе» Porsche 911, похоже, так и останется загадкой.

 

Мастерская Ванкеля в Линдау

 

Хотя с тех пор японские «роторники» стали завсегдатаями гоночных трасс, крупного успеха в Европе им пришлось ждать 16 лет. В 1984-м британцы на RX-7 выиграли престижную суточную гонку в Спа-Франкошамп. А вот в США, на главном рынке «семерки», ее гоночная карьера складывалась куда успешнее: с момента дебюта в чемпионате IMSA GT в 1978 году и по 1992-й она выиграла в своем классе более сотни этапов, причем с 1982 по 1992 гг. первенствовала в главной гонке серии – 24 hours of Daytona.

В ралли у «Мазд» все шло не так гладко. Как это часто бывало с японскими командами (Toyota, Datsun, Mitsubishi), они выступали только на отдельных этапах раллийного чемпионата мира (Новая Зеландия, Великобритания, Греция, Швеция), интересующих в первую очередь маркетинговые отделы концернов. Национальных титулов хватало: так, в 1975–1980 гг. Род Миллен выиграл целых пять в Новой Зеландии и США. А вот в WRC успехи были исключительно локальными: лучшее, что показали RX-7, – 3-е и 6-е места в греческом «Акрополисе» 1985 года.

Ну а самым громким успехом Mazda вообще и РПД в частности стала победа ее спортпрототипа 787B (2612 см куб., 700 л. с., 607 Нм, 377 км/ч) в Ле Мане в 1991 году. Причем одолеть заводскиеPorsche, Peugeot и Jaguar помогли не только быстрые пилоты и конкурентоспособная техника: свою роль сыграла и настойчивость японских менеджеров, регулярно «выбивавших» для роторников всевозможные послабления в регламенте. Так, накануне победы 787-го организаторы гонки согласились компенсировать прожорливость «роторников» 170-килограммовым (830 против 1000) снижением массы. Парадокс заключался в том, что, в отличие от бензиновых моторов, «аппетит» РПД при дальнейшей форсировке рос куда более скромными темпами, чем у обычных поршневых моторов, и 787-й оказался экономичней своих основных конкурентов!

 

 

Это был шок. Mercedes, который журнал Stern за консерватизм называл не иначе как «производитель авто для 50-летних господ в шляпах», в 1969 году презентовал супер-кар, поражавший воображение даже цветом. Вызывающая ярко-оранжевая окраска, подчеркнуто клиновидная форма, среднемоторная компоновка, двери «крыло чайки» и сверхмощный трехсекционный РПД (3600 см куб., 280 л. с., 260 км/час) – для консервативного Mercedes это было нечто!

А поскольку в компании не строили концептов, все считали, что у С111 только один путь: мелкосерийная (омологационная) сборка и большое гоночное будущее, ведь с 1966 года ФИА допустила РПД к официальным соревнованиям. И в штаб-квартиру Mercedes посыпались чеки с просьбой вписать нужную сумму за право обладать С111. Штутгартцы же еще больше подогрели интерес к «эске», в 1970 г. представив вторую генерацию купе с еще более фантастическим дизайном, 4-секционным ротором и умопомрачительными характеристиками (4800 см куб., 350 л. с., 300 км/час). Для доводки Mercedes построил пять макетов, которые дневали и ночевали на Хокенхаймринге и Нюрбургринге, готовясь установить серию рекордов скорости. Пресса смаковала предстоящую «битву титанов» между роторным Mercedes, атмосферным Ferrari и наддувным Porsche в чемпионате мира по гонкам на выносливость. Увы, возвращение в большой спорт не состоялось. Во-первых, С111 был очень дорогим даже для Mercedes, во- вторых, немцы не могли пустить в продажу столь сырую конструкцию. А после карибского нефтяного кризиса они вообще прикрыли проект, сосредоточившись на дизельных двигателях. Ими и оборудовали последние версии C111, установившие несколько мировых рекордов.

 

 

 

Не имеющий законченного технического образования, под конец жизни Феликс Ванкель достиг мирового признания в области двигателестроения и уплотнительной техники, завоевав массу наград и титулов. Его именем названы улицы и площади немецких городов (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring). Помимо двигателей, Ванкель разработал новую концепцию скоростных судов и самостоятельно построил несколько лодок.

Самое интересное, что роторный двигатель, который сделал его миллионером и принес ему всемирную славу, Ванкель не любил, считая его «гадким утенком». Реальные работающие РПД были сделаны по так называемой «концепции ККМ», предусматривающей планетарное вращение ротора и требующей введения внешних противовесов. Немалую роль сыграл и тот факт, что эту схему предложил не Ванкель, а инженер NSU Вальтер Фройде. Сам же Ванкель до последних дней считал идеальной схему двигателя «с вращающимися поршнями без неравномерно вращающихся частей» (Drehkolbenmasine — DKM), концептуально гораздо более красивую, но технически сложную, требующую, в частности, установки свечей зажигания на вращающемся роторе. Тем не менее, роторные двигатели во всем мире связывают именно с именем Ванкеля, поскольку все, кто близко знал изобрателя, в один голос утверждают, что что без неуемной энергии немецкого инженера мир так и не увидел бы этого удивительного устройства. Фелик Ванкель ушел из жизни в 1988 году.
Любопытна история с Mercedes 350 SL. Ванкель очень хотел иметь роторный Mercedes С-111. Но фирма Mercedes не пошла ему навстречу. Тогда изобретатель взял серийный 350 SL, выкинул оттуда «родной» двигатель и установил ротор от С-111, который был легче прежнего 8-цилиндрового на 60 кг, но развивал существенно большую мощность (320 л. с. при 6500 об/мин). В 1972 году, когда инженерный гений закончил работу над своим очередным чудом, он мог бы сидеть за рулем самого быстрого на тот момент «Мерседеса» SL-класса. Ирония заключалась в том, что водительские права Ванкель до конца жизни так и не получил.

 

 

Возрождением интереса к РПД мы обязаны новому двигателю Mazda Renesis (от RE — Rotary Engine — и Genesis). За прошедшее десятилетие японским инженерам удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с предшественником, удалось сократить потребление масла на 50%, бензина на 40% и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухцилиндровый двигатель объемом всего 1,3 л выдает мощность в 250 л.с. и занимает гораздо меньше места в двигательном отсеке.

Специально под новый двигатель был разработан автомобиль Mazda RX-8, который, по словам брэнд-менеджера Mazda Motor Europe Мартина Бринка, создавался по новой концепции — автомобиль «строился» вокруг двигателя. В итоге развесовка по осям RX-8 идеальна — 50 на 50. Использование уникальной формы и маленьких размеров двигателя позволило поместить центр тяжести очень низко. «RX-8 не явяляется гоночным монстром, но это лучшая в управлении машина, которую я когда-либо водил», — с восторгом рассказывал Popular Mechanics Мартин Бринк.  

 

Бочка меда… 

Вне всяких сомнений, с первого взгляда роторно-поршневой двигатель имеет массу преимуществ перед традиционными двигателями внутреннего сгорания:
— Меньшим на 30-40% количеством деталей;
— Меньшими в 2-3 раза габаритами и массой, по сравнению с соответствующим по мощности стандартным ДВС;
— Плавная характеристика крутящего момента во всем диапазоне оборотов;
— Отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а, следовательно, гораздо меньший уровень вибрации и шума;
— Высокий уровень оборотов (до 15000 об/мин!).

Ложка дегтя… 

Казалось бы, если «Ванкель» имеет такие превосходства над поршневым двигателем, то кому нужны эти громоздкие, тяжелые, гремящие и вибрирующие поршневые двигатели? Но, как это часто бывает, на практике все далеко не так шоколадно. Ни одно гениальное изобретение, выйдя за порог лаборатории, отправлялось в корзину с пометкой «для мусора». Серийное производство нашло не на один камень, а на целую россыпь гранита:
— Отработка процесса сгорания в камере неблагоприятной формы;
— Обеспечение герметичности уплотнений;
— Обеспечение работы без коробления корпуса в условиях неравномерного нагрева;
— Низкий термический КПД ввиду того, что камера сгорания РПД намного больше, чем у традиционного ДВС;
— Высокий расход топлива;
— Высокая токсичность газообразных продуктов сгорания;
— Узкая зона температур для работы РПД: при низких температурах мощность двигателя резко падает, при высоких — быстрый износ уплотнений ротора.

И чего же больше? Плюсов, или минусов? Стоит ли овчинка выделки? Имеет ли смысл (если не больше — возможность) осваивать серийное производство РПД?

 

 

 

 

 

[источники]

источники
http://www.cars-area.ru/cgi/anons?menu_item=anons&anons_id=89
http://c400. ru/index.php?newsid=9671
http://moole.ru/blog/midnight/news/39066-motor-vankelja.html

 

Подскажу вам что еще интересного можно почитать из сферы автомобилестроения: вот Советский паровой автомобиль, а вот Как шведы руль меняли. Ну и что нас ждет, может быть автомобиль с ядерным двигателем Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=31049

Двигатель Ванкеля | Роторные двигатели

Единственной на сегодняшний день выпускаемой в промышленных масштабах моделью роторного мотора является двигатель Ванкеля, который относится к типу роторных двигателей с планетарным круговым движением главного рабочего элемента. Такая конструктивная компоновка роторного двигателя является, несомненно, самойпростой по своему техническому устройству, но не самой оптимальной по способу организации рабочих процессов и поэтому имеет свои неотъемлемые и серьезные недостатки.

Роторных двигателей с планетарным движением главного рабочего элемента существует достаточно много разновидностей, но по существу они отличаются друг от друга лишь количеством граней ротора и соотвествующей формой внутренней поверхности корпуса . Приведенные схемы разных компоновок подобных моторов взяты из книги «Судовые роторные двигатели», издания 1967 года, авторов Е.Акатов, В.Бологов и др. и подготовлены к публикаци в электронном виде автором этого сайта.

Роторный двигатель

   Кратко рассмотрим саму конструкцию двигателя этого типа вместе с историей его появления и сферой применения.   История создания роторных двигателей с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента начинается в 1943 году, когда изобретатель Майлар предложил первую подобную схему. Потом в течение короткого времени было подано еще несколько патентов на двигатели подобной схемы. В том числе и разработчик германской фирмы NSU – В. Фреде. Но главным слабым местом этой схемы роторного двигателя были системы уплотнений между ребрами на стыке соседних граней вращающегося треугольного ротора и стенками неподвижного корпуса. Вот к решению к этой сложной инженерной задачи и был подключен Р.Ванкель как специалист по уплотнениям. Вскоре, благодаря своей энергичности и инженерному мышлению он стал лидером группы разработчиков. В 1957 году в лаборатории фирмы NSU построили прототип роторного двигателя типа «DKM», с треугольным ротором и рабочей камерой в форме капсулы, в которой ротор был неподвижным, а корпус вращался вокруг него. Гораздо более практичным был вариант компоновки типа «KKM» с нормальной схемой — рабочая камера в корпусе была неподвижной, а в ней вращался ротор. Этот мотор появился годом позже, в 1958-м. В ноябре 1959 года NSU официально объявила о создании работающего роторного двигателя. За короткое время около 100 компаний во всём мире приобрели лицензии на эту технологию, при этом 34 из них были японскими.  

Мотор оказался очень небольшим, мощным и имел мало деталей. В Европе начались продажи машин с роторными двигателями, но как оказалось у них мал моторесурс, они потребляли много топлива и имели очень токсичный выхлоп. Нефтяной кризис 1973 года из-за очередной арабо-израильской войны, когда цены на бензин увеличились в несколько раз, резко поставил вопрос об экономичности автомобильных моторов. Из-за этого в Европе и Америке попытки довести роторный двигатель Ванкеля до нужной степени совершенства были прекращены. И только японская компания Mazda упорно продолжала работы в этом направлении. А еще советский завод ВАЗ – так как бензин в то время в СССР стоил копейки, а мощный, хотя и с малым ресурсом, мотор был нужен силовым ведомствам. Но в 2004 году малосерийное производство на ВАЗе было закрыто и на сегодняшний момент Mazda является единственным автопроизводителем, который серийно выпускает автомобили с роторным двигателем.   В настоящее время в мире серийно выпускается лишь один автомобиль с роторным двигателем системы Ванкеля – это спортивное купе Mazda RX-8. На этой машине устанавливается мотор «RENESIS» с двумя роторными секциями общим объемом 1,3 литра. Двигатель исполняется в нескольких вариантах с мощностью от 200 до 250 л. с.

.

 

После краткого обзора истории роторного двигателя с планетарным движением ротора остановимся на рассмотрении его преимуществ и недостатков.   ПРЕИМУЩЕСТВА роторного двигателя Ванкеля по сравнению с традиционными поршневыми моторами:   1) Повышенная удельная мощность (л.с./кг), она практически в два раза превышает этот показатель поршневых 4-х тактных двигателей. Масса неравномерно движущихся частей в двигателе Ванкеля гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, и амплитуда таких неуравновешенных движений заметно меньше. Это происходит из-за того, что в «поршневике» осуществляются возвратно- поступательные движения, а в двигателе Ванкеля- вращательные, планетарной схемы. К тому же в двигателе Ванкеля отсутствуют коленчатый вал и шатуны.

На повышенную мощность Ванкеля играет и то, что такой двигатель однороторной конструкции выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового 4-х тактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала.    Именно по этим причинам с единицы объема камеры сгорания в серийном роторном моторе Ванкеля снимается гораздо большая мощность. При объёме рабочей камеры 1300 см Mazda RX-8 имеет мощность 200 л.с – 250 л.с., а прежняя модель Mazda RX-7, с мотором такого же объема, но с турбокомпрессором выдавала 350 л.с.

Именно поэтому особым признаком Mazda RX являются отличные динамические характеристики:

  • на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более).
  •  двигатель Ванкеля гораздо легче механически уравновесить и избавиться от вибрации, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей;
  •  габаритные размеры роторно-поршневого двигателя меньше в 1,5—2 раза в соотношении со сравнимым по мощности поршневым мотором.

В двигателе Ванкеля на 35 — 40 % меньшее количество деталей.

 Недостатки:

1) Малая длина рабочего хода грани треугольного ротора, Хотя эти показатели напрямую с поршневым мотором сравнивать сложно – слишком различны типы движений поршня и ротора, но у двигателя Ванкеля примерно на пятую часть меньше длина рабочего хода. Тут есть одно коренное отличие Ванкеля от поршневого мотора- у «поршневика» идет увеличение объема в направлении одного линейного направления, которое совпадает с направлением рабочего хода. А у Ванкеля – это движение сложное и только часть траектории перемещения треугольного ротора с планетарным движением становится собственно линией рабочего хода. (РИС.) Именно поэтому у двигателя Ванкеля топливная эффективность хуже, чем у поршневых моторов. Поэтому из-за малой длины рабочего хода очень высока температура выхлопных газов – рабочие газы не успевают передать основное свое давление на ротор, как уже открывается выхлопное окно и горячие газы высокого давления с еще не прекратившими горение объемными фрагментами рабочей смеси выходят в выхлопную трубу. Поэтому температура выхлопных газов у двигателя Ванкеля очень высока.

 

2) Сложная форма камеры сгорания «серповидной» формы. У такой камеры сгорания большая поверхность контакта газов со стенками корпуса и ротором. Поэтому значительная честь тепла уходит на нагрев деталей мотора, а это снижает тепловой КПД и усиливает нагрев мотора. Кроме того, такая форма камеры сгорания приводит к ухудшению смесеобразования и замедлению скорости горения рабочей смеси. Поэтому на моторе Mazda RX-8 стоят 2 свечи зажигания на одной роторной секции. Эти особенности так же отрицательно влияют на уровень термодинамического КПД.

3) Потенциально невысокий для роторного мотора крутящий момент. Для того чтобы снять вращение с движущегося ротора, центр вращения которого сам непрерывно осуществляет планетарное вращение по круговой траектории вокруг геометрического центра рабочей камеры, в этом двигателе применяется эксцентрично расположенные на главном валу диски. По сути дела – это элементы кривошипного устройства. То есть двигатель Ванкеля так и не смог полностью избавиться от главного недостатка классических поршневых ДВС – кривошипно – шатунного механизма. Хоть он и представлен в моторе Ванкеля в своем облегченном варианте – в виде эксцентрикового вала, но самые главные пороки этого механизма: рваный, пульсирующий режим крутящего момента и малое плечо главного элемента, воспринимающего крутящий момент – так и остались «не излеченными». (РИС.) Именно поэтому односекционный Ванкель малоработоспособен и нужно делать 2 или 3 роторные секции для получений нормальных рабочих характеристик, еще желательно ставить на вал дополнительно и маховик.   Кроме наличия в двигателе Ванкеля кривошипного механизма, на малый для роторного двигателя крутящий момент еще влияет и то, что кинематическая схема такого мотора устроена очень нерационально с точки зрения восприятия поверхностью ротора давления рабочих газов расширения. Поэтому лишь некоторая часть давления – около трети – переводится в рабочее вращение ротора и создает крутящий момент. Подробнее крутящем моменте поговорим в специальном разделе сайта.

Подробно о принципе возникновения крутящего момента в роторном двигателе Ванкеля Смотри на страничке сайта КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

4) Присутствие в корпусе вибраций. Дело в том, что система роторного мотора с планетарным движением рабочего элемента предполагает неравновесное движение этого органа. Т.е. при вращении центр масс ротора совершает непрерывное вращательное движение вокруг центра масс корпуса и радиус этого вращения равен плечу эксцентрика главного вала мотора. Именно поэтому на корпус мотора действует изнутри постоянно вращающийся вектор силы, равный центробежной силе, возникающей на роторе. То есть ротор при вращении на вращающемся в свою очередь эксцентриковом валу имеет в характере своего движения неизбежные и выраженные элементы колебательного движения. Что и приводит к неизбежности вибраций. (РИС.)

5) Быстрый износ торцевых радиальных уплотнений на углах треугольника ротора, так как на них идет сильная радиальная нагрузка, неизбежная в двигателе Ванкеля по самому его принципу работы. (РИС.)

6) Постоянная угроза прорыва газов высокого давления из полости одного рабочего такта в полость другого такта. Это происходит потому, что контакт радиального уплотнения ребра ротора и стенки камеры сгорания происходит по одной тонкой линии. При этом еще существует проблема прорыва газов через гнезда установки свечей, когда над ними проходит ребро ротора.

7) Сложная система смазки вращающегося ротора. В моторе Mazda RX-8 специальные форсунки впрыскивают масло в камеры сгорания для смазки трущихся при вращении о стенки камеры сгорания ребер ротора. Это усиливает токсичность выхлопа и одновременно делает мотор очень требовательным к качеству масла. Кроме того, при высоких оборотах возникает повышенные требования к смазке цилиндрической поверхности эксцентриковой части главного вала, вокруг которой вращается ротор, и которая снимает главное усилие с ротора и переводит во вращение вала. Именно эти две технические трудности, решить которые весьма непросто, приводили к недостаточной смазке на высоких оборотах наиболее нагруженных трением деталей такого мотора, а это, соответственно, резко уменьшало моторесурс двигателя. Именно недостаточное решение таких технических задач приводило к очень малому ресурсу моторов Ванкеля, которые выпускал отечественный АвтоВАЗ. (РИС.- указать цилиндрическую поверхность контакта внутреннего гнеда ротора и эксцентр диска вала)

8) Высокие требования к точности исполнения деталей сложной формы делают такой мотор сложным в производстве. Такое производство требует высокоточного и дорогого оборудования — станков, способных создавать сложные объемы рабочей камеры с криволинейной эпитрохоидальной поверхностью. Сам ротор так же имеет форму сложного треугольника с выпуклыми поверхностями.

 

***

Как видно из содержания этого раздела сайта, роторный двигатель Ванкеля имеет выраженные преимущества, так и большое количество практически непреодолимых недостатков, которые так и не позволили этому типу двигателей вытеснить поршневые моторы из арсенала современной техники. Хотя такие перспективы всерьез обсуждались в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века, и в аналитических обзорах высказывались мнения, что к концу 80-х годов 20-го века более половины автомобилей планеты будут уже иметь роторные двигатели разных типов….   И, несмотря на наличие отрицательных черт и технических трудностей, роторный двигатель Ванкеля смог появиться технически и состоятся как коммерчески дееспособный вид продукции, потому что недостатки его главных конкурентов – поршневых моторов с кривошипно – шатунными механизмами оказываются еще серьезнее и многочисленнее.И это, не смотря на более века попыток их совершенствования.

 

 

 

*** 

ПРОДОЛЖЕНИЕ РАЗГОВОРА О РОТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ ВАНКЕЛЯ

сентябрь 2016г.    Одна из самых трудных проблем всех типов роторных двигателей- это создание эффективной системы уплотнений, которая должна создавать замкнутый объём в рабочих камерах роторного двигателя. Пока в схеме типа Тверской это является одной из главных трудностей. Там предстоит сделать эффективную и непростую в изготовлении систему уплотнений.И чтобы потренировать руку и получить положительный опыт в таком деле, я решил создать небольшой рабочий экземпляр двигателя Ванкеля прямо с «ноля». Работа уже идет к концу- прилагаю фото такого моторчика.

Уплотнения

Ориентировочная мощность одной такой роторной секции предполагается около 35-40 л.с.. Мотор из 2-х роторных секций ожидается мощностью в 70-80 л.с..

***

ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ — ДЕКАБРЬ
25 декабря 2016г    Изготовлене малого Ванкеля идет в оптимальном ритме. Двигатель готов на 95%, остаются небольшие мелочи.
Так как на некоторых площадких в интернете эти мои фото уже обсуждаются и вокруг них накручиваются немало фантазий- сообщаю.
Двигатель создан с «НОЛЯ», ни одной детали из посторонних моделей в нем нет. В нем нет ни деталей от Sachs Wankel, которые уже не выпускаются лет 30, ни от современных малых современных aixro и пр. и др.
Кормпус двигателя выполнен из конструкционной легированной термостойкой стали, подвергнутой термохимическому упрочнению.Твердость поверхностного слоя имеет показатель в 70 HRC. Глубина термоупроченного слоя состовляет в среднем 1,5 мм.Точно так же обработаны и до таких же показателей твердости и износоустойчивости доведены радиальные и торцевые уплотнения.Двигатель имеет воздушное охлаждение, масло для смазки будет подаваться в камеру сжатия через 2-е специальные форсунки. Т.е. не нужно будет мешать масло с бензином как в 2-х тактных моторах.

Двиигатель Ванкеля

Двигатель Ванкеля на холодной обкатке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двигатель поставлен на токарный станок и в течение нескольких часов подвергался холодной обкатке. Это позволило оценить работу уплотнений и герметичность получаемых секций в двигателе как вполне благополучную. В ближайшее время будет замеряно давление, которое получается в секторе сжатия мотора.
Запуск двигателя планируется на конец января.

ВОЗОБНОВЛЕНИЕ РАБОТЫ ПОСЛЕ  ПАУЗЫ

После некоторого перерыва активные работы возобновлены. Сейчас (март-май 18г) идут активные пробные прокрутки малой опытной модели двигателя. По ее итогам идет доработка уплотнений — самого трудного и деликатного элемента в роторных двигателях. Результаты весьма обнадеживающие.

Энергетическое образование

5. Роторно-поршневые двигатели

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ванкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя. Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т.п. Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый).

Инженерам фирмы Mazda удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками «Renesis», удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1.6 литра, и большую мощность, меньше нагревается.

Двигатель Mazda.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня. Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4 — 0,6 л.). В настоящее время исследование этого типа двигателя активно ведёт японский автоконцерн Mazda, оснащая доработанными моделями роторных двигателей автомобили серии RX.

Двигатель Mazda.

Роторный двигатель Ванкеля

Роторно-поршневые двигатели
Роторно-поршневой двигатель — это двигатель в котором кривошипно-шатунный механизм заменен эксцентриковым элементом, связанным с вращающимся ротором. Ротор при вращении по эпитрохоиде образует рабочие полости. При виде сбоку ротор имеет форму треугольника с выпуклыми сторонами. Ротор устанавливается внутри овального корпуса с впускными и выпускными каналами и полостью для охлаждающей жидкости. При вращении ротора его вершины скользят по внутренней стенке корпуса, образуя три взаимно герметизируемые камеры с изменяемыми рабочими объемами, располагаемыми через 120 градусов. Каждая из этих камер обеспечивает реализацию полного рабочего цикла, т.е. за один полный оборот треугольного ротора полный рабочий процесс происходит три раза. Ротор снабжен уплотнителями, расположенными с торцов и у вершин треугольника. Он имеет зубчатое колесо с внутренним зацеплением, которое взаимодействует с шестерней, неподвижно установленной в корпусе. Эта шестерня расположена концентрично, относительно эксцентрикового вала.


Роторно поршневой двигатель: 1 — ротор; 2 — зубчатое колесо; 3 — свеча зажигания; 5 — шестерня закрепленная в корпусе; 5 — опорная поверхность эксцентрика; а) впуск горючей смеси в камеру А, сжатие горю- чей смеси в камере В и начало выпуска отработанных газов (ОГ) из камеры С; б) конец впуска в камеру А, расширение О Г в камере В, выпуск ОГ из камеры С

Ротор вращается с угловой скоростью равной 2/3 от угловой скорости вала. Газообмен осуществляется ротором, который при вращении открывает и закрывает впускные и выпускные окна. Преимуществом роторно-поршневого двигателя является хорошая уравновешенность, компактная конструкция, высокие удельные мощностные показатели (по массе и габаритам), отсутствие клапанного механизма, более плавная кривая крутящего момента, т. к. рабочий цикл осуществляется за 270 градусов поворота вала эксцентрика. С целью улучшения протекания кривой момента двигатели выполняются двухроторными. Недостатками двигателя является не оптимальная форма камеры сгорания, высокое расположение выходного вала, повышенный выброс углеводородов, увеличенный расход топлива, невысокий ресурс работы.

В 70-х годах практически все ведущие автомобильные фирмы мира развернули работы по роторно-поршневым двигателям Ванкеля. Были попытки улучшения показателей путем установки двух свечей, применения форкамерного зажигания, использования металлокерамики. Однако в настоящее время роторно-поршневые двигатели выпускаются для автомобилей спец назначения, где не требуется большого ресурса, низкой токсичности и хорошей топливной экономичности. В серийном производстве остались пожалуй только некоторые модели автомобилей Mazda.


Общие знания о двигателях внутреннего сгорания
Увеличение мощности двигателя
Тюнинг автомобилей   на главную        0-100 км/ч    0-100  

Двигатель Ванкеля: устройство, принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания – гениальное изобретение человечества. Благодаря ДВС стал существенно развиваться технический прогресс. Существует несколько видов данных установок. Но наиболее известные – шатунно-поршневые и роторно-поршневые. Последний был изобретен немецким инженером Ванкелем в сотрудничестве с Вальтером Фройде. Данный силовой агрегат имеет другое устройство и принцип работы, если сравнивать с классическим шатунно-поршневым ДВС. Каков принцип работы двигателя Ванкеля и почему данный ДВС не стал таким популярным? Все это мы рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

Итак, что это за мотор? Это двигатель внутреннего сгорания, который был разработан Феликсом Ванкелем в 1957 году. Функцию поршня в данном агрегате выполнял трехвершинный ротор. Он совершал вращательные движения внутри полости особой формы.

После ряда экспериментальных моделей мотоциклов и автомобилей, которые пришлись на 70-е годы прошлого века, спрос на двигатель Ванкеля существенно снизился. Хотя на сегодняшний день ряд компаний все равно работает над совершенствованием данного ДВС. Так, можно встретить двигатель Ванкеля на «Мазде» серии РХ. Также данный агрегат нашел свое применение в моделизме.

Устройство двигателя Ванкеля

Данный силовой агрегат состоит из нескольких компонентов:

  • Корпуса (статора).
  • Камеры сгорания.
  • Впускного и выпускного окна.
  • Неподвижной шестерни.
  • Зубчатого колеса.
  • Ротора.
  • Вала.
  • Свечи зажигания.

Какой имеет двигатель Ванкеля принцип работы? Это мы рассмотрим ниже.

Принцип работы

Данный ДВС действует следующим образом. Ротор, насаженный на эксцентриковый вал через подшипники, приводится в действие от силы давления газов, что образовалась в результате сгорания топливновоздушной смеси. Ротор двигателя относительно статора посредством пары шестерен. Одна из них (большого размера) находится на внутренней поверхности ротора. Вторая (опорная) имеет меньшие размеры и намертво прикреплена к боковой крышке двигателя. Благодаря взаимодействию шестерен, ротор производит эксцентричные круговые движения. Таким образом, его грани соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания.

В результате между корпусом двигателя и ротором образуется несколько изолированных камер переменного объема. Их количество всегда составляет 3. В данных камерах происходит процесс сжатия смеси, ее горение, расширение газов (которые впоследствии оказывают давление на рабочую поверхность ротора) и их удаление. В результате воспламенения топлива, ротор приводится в действие, передавая усилия крутящего момента на эксцентриковый вал. Последний устанавливается на подшипниках и далее передает мощность на узлы трансмиссии. А уже затем момент сил двигателя Ванкеля идет на колеса по классической схеме – посредством карданной передачи и полуосей к ступицам. Таким образом, в роторном моторе работают одновременно несколько механических пар. Первая отвечает за движение ротора и состоит из нескольких шестерен. Вторая де преобразует движение ротора в обороты эксцентрикового вала.

Передаточное отношение статора (корпуса) и шестерен всегда стабильное и составляет 3:2. Таким образом, ротор успевает провернуться за полный оборот вала на 120 градусов. В свою очередь, за полный оборот ротора производится четырехтактный цикл работы двигателя внутреннего сгорания в каждой из трех камер, образуемых гранями.

Преимущества

Какие имеет плюсы данный ДВС? Роторно-поршневой двигатель Ванкеля имеет более простую конструкцию, нежели шатунно-поршневой. Так, число деталей в нем на 40 процентов меньше, чем в поршневом четырехтактном ДВС. Но все же создать двигатель Ванкеля своими руками не представляется возможным без сложного оборудования. Ведь ротор имеет очень сложную форму. Те, кто пытался сделать самодельный двигатель Ванкеля своими руками, терпели многочисленные неудачи.

Но продолжим о преимуществах. В конструкции роторного агрегата отсутствует коленчатый вал, газораспределительный механизм. Также здесь нет шатунов и поршней. Горючая смесь попадает в камеру через впускное окно, открывающееся гранью ротора. А отработанные газы в конце рабочего такта освобождаются корпус через выпускное окно. Опять же, роль клапана здесь выполняет грань самого ротора. Также в конструкции отсутствует распределительный вал (коих сейчас используется несколько на шатунных агрегатах). Роторно-поршневой двигатель Ванкеля по принципу работы газораспределительного механизма схож с двухтактным.

Отдельно стоит сказать о смазочной системе. По сути, она отсутствует в роторном двигателе Ванкеля. Но как же тогда работают пары трения? Все просто: масло добавляется в саму горючую смесь (как в примитивных мотоциклетных моторах). Таким образом, смазка трущихся деталей производится самой топливовоздушной смесью. В конструкции отсутствует привычный всем масляный насос, который забирает смазку из поддона и разбрызгивает под особым давлением.

Еще одно преимущество двигателя Ванкеля – это его легкий вес и размеры. Поскольку здесь отсутствует почти половина деталей, которые являются обязательными в поршневых моторах, роторный агрегат более компактный и способен разместиться в любом подкапотном пространстве. компактные размеры позволяют использовать пространство моторного отсека более рационально, а также обеспечить более равномерную нагрузку на переднюю и заднюю ось (ведь в авто с обычными моторами более 70 процентов нагрузки приходится именно на переднюю часть). А за счет малого веса достигается высокая стабильность работы. Так, двигатель имеет минимальный уровень вибрации, что положительно сказывается на комфортабельности машины.

Следующий плюс данного агрегата – высокая удельная мощность, которая достигается при больших оборотах вала. Данная особенность позволяет достичь хороших технических характеристик. Вот почему двигатель Ванкеля используется на спортивных автомобилях «Мазда». Мотор легко раскручивается до семи и более тысяч оборотов. При этом обеспечивает намного больший крутящий момент и мощность при малом объеме. Все это положительно сказывается на разгонной динамике автомобиля. Для примера можно взять автомобиль «Мазда РХ-8». При объеме в 1,3 литра, мотор выдает 210 лошадиных сил мощности.

Конструктивные недостатки

Рассматривая устройство и принцип работы роторного двигателя Ванкеля, стоит отметить главный конструктивный недостаток. Это малая эффективность уплотнений зазора между камерой сгорания и ротором. Последний имеет довольно сложную форму, из-за чего требует надежного уплотнения не только по граням (коих четыре в сумме), но и по боковой поверхности (которые соприкасаются с крышкой двигателя). При этом они выполнены в виде стальных подпружиненных полосок с особо точной обработкой как с торцов, так и с рабочих поверхностей. Все допуски на расширение при нагреве, заложенные в конструкцию, ухудшают данные характеристики. Из-за этого невозможно избежать прорыва газов в торцевых местах уплотнительных пластин. В поршневых же двигателях применен эффект лабиринта. Так, в конструкции применены три уплотнительных кольца с зазорами в разные стороны.

Но стоит отметить, что в последние годы качество уплотнений возросло. Конструкторы произвели усовершенствование двигателя Ванкеля, применяя новые материалы для уплотнений. Но все же прорыв газов считается самым слабым местом в роторном ДВС.

Расход масла

Как мы уже сказали ранее, системы смазки как таковой в данном двигателе нет. Ввиду того что масло поступает вместе с горючей смесью, расход его существенно увеличивается. И если на шатунных двигателях естественный уход смазки исключен либо составляет не более 100 грамм на 1 тысячу километров, то на роторных данный параметр составляет от 0,4 до 1 литра на тысячу километров. Это объясняется тем, что сложная система уплотнений требует более эффективной смазки поверхностей. Также ввиду высокого расхода масла, эти моторы не могут соответствовать современным экологическим стандартам. В выхлопных газах автомобилей с двигателем Ванкеля содержится много опасных для организма и окружающей среды веществ.

Кроме этого, роторный мотор мог работать только на высококачественных и дорогих маслах. Это связано с несколькими факторами:

  • Склонность соприкасающихся деталей камеры двигателя и ротора к высокому износу.
  • Склонность пар трения к перегреву.

Другие проблемы

Нерегулярная замена масла грозила уменьшением ресурса ДВС, так как частицы старой смазки действовали как абразив, увеличивая зазоры и вероятность прорыва выхлопных газов в камере. Данный агрегат также клинит при перегреве. А при движении в холодную погоду, охлаждение могло оказаться избыточным.

Сам по себе РПД имеет более высокую рабочую температуру, нежели любой поршневой мотор. Наиболее нагруженной считается камера сгорания. она имеет небольшой объем. А из-за протяженной формы, камера склонна к детонации. Кроме масла, двигатель Ванкеля требователен к качеству свечей. Их устанавливают попарно и меняют строго по техническому регламенту. Среди прочих моментов стоит отметить недостаточную эластичность роторного мотора. Так, данные ДВС могут выдавать отличные скоростные и мощностные характеристики только при высоких оборотах ротора – от 6 до 10 и более тысяч в минуту. Эта особенность вынуждает конструкторов дорабатывать конструкцию коробок передач, делая их многоступенчатыми.

Еще один недостаток – высокий расход топлива. К примеру, если взять 1,3-литровый роторно-поршневой двигатель «Мазды РХ-8», по паспортным данным, она потребляет от 14 до 18 литров топлива. Причем к использованию рекомендуется только высокооктановый бензин.

О применении РПД в автомобильной промышленности

Наибольшую популярность данный двигатель получил в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века. Патент на РПД Ванкеля был приобретен 11 ведущими автопроизводителями. Так, в 67-м году компания NSU разработала первый автомобиль бизнес-класса с роторным мотором, который назывался NSU RO 80. Данная модель производилась серийно 10 лет. Всего было выпущено более 37 тысяч экземпляров. Автомобиль пользовался популярностью, однако недостатки роторного мотора в конце концов подмочили репутацию этой машины. На фоне других моделей NSU, седан NSU RO 80 был самым ненадежным. Пробег до капитального ремонта составлял всего 50 тысяч при заявленных 100.

Также с роторными моторами экспериментировали концерны «Пежо-Ситроен», компания «Мазда» и завод ВАЗ (об этом случае мы поговорим отдельно ниже). Наибольшего успеха добились японцы, выпустив легковой автомобиль с роторным мотором в 63-м году. На данный момент японцы до сих пор оснащают РПД на свои спорткары серии RX. К сегодняшнему дню они избавлены от многих «детских болезней», что были присущи РПД того времени.

РПД Ванкеля и мотопромышленность

В 70-е и 80-е годы прошлого века с роторными двигателями экспериментировали некоторые мотопроизводители. Это «Геркулес» и «Сузуки». Сейчас же серийное производство роторных мотоциклов налажено только в компании «Нортон». Данная марка выпускает спортбайки NRV588, оснащенные двухроторными двигателями с общим объемом в 588 кубических сантиметров. Мощность байка «Нортон» составляет 170 лошадиных сил. при снаряженной массе в 130 килограмм, этот мотоцикл имеет превосходные динамические характеристики. Дополнительно данные РПД оснащены системой электронного впрыска топлива и впускным трактом переменной величины.

Интересные факты

Данные силовые агрегаты получили широкое распространение среди авиамоделистов. Так как в модельном ДВС нет требований к экономичности и надежности, выпуск таких моторов оказался недорогим. В подобных ДВС уплотнений ротора нет вовсе, либо они имеют самую примитивную конструкцию. Основной плюс такого авиамодельного агрегата в том, что его легко установить в летающую масштабную модель. ДВС легкий и компактный.

Еще один факт: Феликс Ванкель, получив патент на РПД в 1936 году, стал изобретателем не только роторных двигателей, но и компрессоров, а также насосов, действовавших по такой же схеме. Такие агрегаты можно встретить в ремонтных мастерских и на производстве. Кстати, портативные электрические насосы для подкачки шин авто устроены именно по такому принципу.

РПД и автомобили ВАЗ

Во времена СССР также занимались созданием роторно-поршневого двигателя и его установкой на отечественные автомобили ВАЗ. Так, первым РПД в СССР стал мотор ВАЗ-311 мощностью в 70 лошадиных сил. Он создавался на базе японского агрегата 13В. Но поскольку создание мотора велось по нереальным планам, агрегат оказался ненадежным после запуска в серийное производство. Первым автомобилем с данным двигателем стал ВАЗ-21018.

Но на этом история установки двигателя Ванкеля на ВАЗ не заканчивается. Вторым по счету стал силовой агрегат ВАЗ-415, который мелкими партиями использовался на «восьмерке» в 80-х годах. Данный силовой агрегат имел более лучшие технические характеристики. Мощность при объеме в 1308 кубических сантиметров увеличилась до 150 лошадиных сил. Благодаря этому советский ВАЗ-2108 с роторным двигателем ускорялся до сотни за 9 секунд. А максимальная скорость ограничивалась 190 километрами в час. Но данный двигатель не был лишен недостатков. В частности, это малый ресурс. Он едва доходил до 80 тысяч километров. Также среди минусов стоит отметить высокую себестоимость создания такого автомобиля. Расход масла составлял 700 грамм на каждую тысячу километров. Расход топлива – около 20 литров на сотню. Поэтому применялся роторный агрегат только на автомобилях спецслужб, мелкими партиями.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет двигатель Ванкеля. Данный роторный агрегат сегодня применяется серийно лишь на автомобилях «Мазда», причем только на одной модели. Несмотря на многочисленные доработки и попытки японских инженеров усовершенствовать конструкцию РПД, он все равно имеет довольно малый ресурс и отличается высоким расходом масла. Также новые 1,3-литровые «Мазды» не отличаются топливной экономичностью. Все эти недостатки роторного мотора делают его непрактичными и малоиспользуемым в автомобильной промышленности.

Изобретатели роторного двигателя нового типа заключили контракт с DARPA / Хабр

Компания LiquidPiston получила для финансирования своего проекта средства от DARPA. Проект представляет собой улучшенный мотор внутреннего сгорания роторного типа под названием X1. Во главе компании, работающей в городе Блумфилд штата Коннектикут, стоят инженеры, отец и сын, Николай и Александр Школьники.

Изобретатели заявляют множество уникальных свойств своего изделия. Например, тепловой КПД их мотора равен 50% (по сравнению с 20-30% обычного бензинового ДВС). Правда, если взять дизельный двигатель, добавить в него турбонаддув и промежуточное охлаждение, мы также получим КПД порядка 50%. Но при этом дизельный двигатель будет очень много весить.

Как утверждает Александр Школьник, типичный дизельный генератор на 3 кВт имеет размеры 100х60х60 см и весит более 70 кг. При этом генератор на основе двигателя X1 аналогичной мощности будет весить 15 кг (сам мотор – 4 кг), а размер его будет составлять 30х30 см. Фактически, такой генератор будет умещаться в рюкзаке.

Изобретатели постарались взять лучшее от разных тепловых циклов и уменьшить потери энергии двигателя. Теоретический предел КПД нового двигателя – 75%, но пока инженеры трудятся над достижением реального показателя в 57%.

Работа двигателя X1 напоминает процесс работы известного роторного двигателя Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор закреплён на эксцентрическом валу, и содержит в себе каналы для впуска газовой смеси и выпуска отработавших газов. Расположенные по углам равностороннего треугольника свечи отрабатывают по разу за один оборот вала.

Двигатель работает на прямом впрыске и обеспечивает высокую степень сжатия — 18:1. Не меняющийся во время сгорания объём камеры позволяет сжигать топливо дольше и полнее. Отработавшие газы достигают почти атмосферного давления перед выходом, в связи с чем успевают отдать почти всю свою энергию ротору.

Высокая эффективность также позволяет отказаться от водяного охлаждения двигателя. Работая под нагрузкой, двигатель может пропускать циклы зажигания и засасывать воздух, который будет охлаждать его. Рассматривается даже вариант впрыска в камеру сгорания воды, которая будет охлаждать двигатель, уменьшать выбросы отработавших газов и одновременно превращаться в пар, толкающий ротор.


Слева — двигатель Ванкеля, справа — X1

Компактность и мощность двигателя заинтересовали военных, которым требуются портативные энергетические системы. В случае успешного внедрения двигатель найдёт множество применений — переносной электрогенератор, двигатель для беспилотных аппаратов, и многое другое.

Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.

Проблема с роторными двигателями: инженерное объяснение

Масса мощности в крошечном, простом и легком корпусе. В роторном двигателе Ванкеля есть за что любить, но недостаточно, чтобы поддерживать его жизнь. Давайте посмотрим, что пошло не так

Они компактны, мощны и издают потрясающий шум.Так почему же роторные двигатели так и не стали популярными, и почему единственный производитель, который ее отстаивал, почти отказался от этой концепции? Давайте проведем вас через это.

NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем в мире, у которого плавились задние шины под действием роторного двигателя Ванкеля. Автомобильный дебют Ванкеля готовился десятилетиями, хотя продолжительность его жизни была относительно короткой и закончилась Mazda RX-8 2011 года. Это приводит нас к нескольким вопросам:

  1. Как работает роторный двигатель?
  2. Какие преимущества у этого двигателя? (Зачем это было сделано?)
  3. Какие недостатки имеет двигатель? (Почему он умер?)

1.Как работает роторный двигатель?

Процесс роторного двигателя очень похож на то, что происходит в традиционном двигателе с поршневым цилиндром. Отличие в том, что вместо поршней ротор треугольной формы, а вместо цилиндров корпус, напоминающий овал.

Впуск

Когда ротор движется внутри корпуса, небольшой воздушный карман расширяется в больший карман, создавая таким образом вакуум.Этот вакуум воздействует на впускные отверстия, из которых воздух и топливо затем всасываются в камеру сгорания.

Сжатие

Ротор продолжает вращаться, прижимая топливовоздушную смесь к плоской стороне корпуса ротора.

1 МБ

Привет Итану Смейлу за эпический GIF!

Мощность

Две свечи зажигания используются для воспламенения воздушно-топливной смеси, помогая ускорить процесс сгорания и обеспечить сгорание большей части топлива, что заставляет ротор продолжать вращаться.

Выхлоп

Подобно такту впуска, ротор перемещается до тех пор, пока не станут доступными выпускные отверстия, а затем выхлопные газы под высоким давлением вытесняются наружу, когда ротор закрывает корпус.

Важно понимать, что, в отличие от двигателя с поршневым цилиндром, в одном корпусе ротора все эти процессы происходят почти одновременно. Это означает, что в то время как всасывание происходит на одной части ротора, также происходит рабочий ход, что приводит к очень плавной подаче мощности и большому количеству мощности в небольшом пакете.

2. Какие преимущества имеет двигатель Ванкеля?

Масса к мощности

Одним из самых больших преимуществ роторного двигателя был его размер.Двигатель 13B Mazda RX-7 занимал около одного кубического фута объема, но производил значительную мощность для своих небольших размеров.

Меньше движущихся частей

Часто в инженерии самое простое решение оказывается одним из лучших. Роторный двигатель резко сокращает количество деталей, необходимых для сгорания, поскольку в двухроторном двигателе вращаются всего три основных компонента.

Плавный и высокооборотный

Роторный двигатель не имеет возвратно-поступательной массы, как клапаны или поршни в традиционном двигателе.Это приводит к невероятно сбалансированному двигателю с плавной подачей мощности и способностью развивать высокие обороты, не заботясь о таких вещах, как поплавок клапана.

3. Почему Роторный Двигатель Умер?

Mazda RX-8 2011 года была последним серийным автомобилем с роторным двигателем Ванкеля, 1.Ренезис 3 литра. Независимо от того, соответствовал ли RX-8 названию роторного двигателя, мы все прослезились из-за потери этого новаторского и уникального подхода к внутреннему сгоранию. Что нанесло последний удар? RX-8 не соответствовал нормам выбросов Euro 5, и поэтому его больше нельзя было продавать в Европе после 2010 года. Хотя в штатах он все еще был легальным, продажи значительно упали, поскольку модель существует с 2004 года.

Какие недостатки есть у роторной конструкции?

Всего три основных движущихся части в двухроторном двигателе Ванкеля.

Низкая тепловая эффективность

Из-за длинной камеры сгорания уникальной формы тепловой КПД двигателя был относительно ниже по сравнению с поршневыми аналогами.Это также часто приводило к выходу несгоревшего топлива из выхлопной трубы (отсюда тенденция роторных двигателей к обратному срабатыванию, что, очевидно, столь же прекрасно, сколь и неэффективно).

Ожог Бэби Ожог

По своей конструкции роторный двигатель работает на масле. Во впускном коллекторе имеются маслораспылители, а также форсунки для распыления масла непосредственно в камеру сгорания. Это не только означает, что водитель должен регулярно проверять уровень масла, чтобы поддерживать правильную смазку ротора, но это также означает, что из выхлопной трубы выходит больше вредных веществ.И окружающая среда ненавидит плохие вещи.

В это отверстие в корпусе непосредственно впрыскивается масло во время такта впуска двигателя.

Уплотнение ротора

Еще одна проблема, которая также может повлиять на выбросы: трудно герметизировать ротор, когда он окружен совершенно разными температурами.Помните, что впуск и сгорание происходят одновременно, но в совершенно разных местах корпуса. Это означает, что верхняя часть корпуса относительно холодная, а нижняя часть намного горячее. С точки зрения герметизации это проблематично, так как вы пытаетесь создать уплотнение металл-металл с металлами, которые работают при значительно разных температурах. Использование охлаждающих рубашек для выравнивания тепловой нагрузки позволяет уменьшить эту проблему, но никогда полностью.

Выбросы

Если собрать все вместе, выбросы уничтожили ротор. Сочетание неэффективного сгорания, естественного сжигания масла и проблемы с уплотнением приводит к тому, что двигатель не может конкурировать по сегодняшним стандартам по выбросам или экономии топлива.

Чем RX-8 отличается от конкурентов?

Печально известное верхнее уплотнение ротора RX-7 13B.

В моем видео, описывающем недостатки RX-8, зрители справедливо отметили, что я сравнивал автомобили 2015 модельного года с моделью 2011 года с точки зрения экономии топлива, что было несправедливо со стороны Mazda.Давайте исправим эту ошибку, используя первый модельный год RX-8.

Автомобиль Объем двигателя Масса Мощность Комбинированный расход на галлон
2004 Мазда RX-8 1.3л Ванкель 3053 фунта (1385 кг) 197-238 л.с. (Авто/Ручной) 18 миль на галлон (13 л/100 км)
2004 Фольксваген ГТИ 1,8 л I4 2934 (1330 кг) 180 л.с. 24 мили на галлон (9,8 л/100 км)
2004 Корвет 5,7 л V8 3214 фунтов (1458 кг) 350 л.с. 20 миль на галлон (11.8л/100км)

Как вы можете видеть выше, RX-8 не слишком эффективен с точки зрения экономии топлива. Corvette со значительно более мощным двигателем, на 47% большей мощностью и на 5% большим весом по-прежнему обеспечивает на 11% лучшую экономию топлива. Также стоит упомянуть, что это был первый модельный год для RX-8, в то время как двигатели Corvette и GTI использовались с предыдущих лет.Проще говоря, о RX-8 нельзя сказать ничего хорошего с точки зрения экономии топлива. Хотя покупатель не обязательно может рассматривать это как отрицательный момент, без выбросов вредных веществ нельзя купить автомобиль.

Стоит отметить, что с момента первоначальной публикации этой статьи Mazda объявила, что вернет роторные двигатели, хотя и только в качестве небольшого увеличения запаса хода в электромобилях. Другими словами, ничего такого, что могло бы «взлететь».

Двигатели Ванкеля — обзор

16.4 Механизм изменений

Учитывая, что нам нужны кардинальные изменения для достижения целей нашей дорожной карты, как это происходит? Мы не должны сбрасывать со счетов существующих игроков как потенциальных проводников перемен. Вопреки распространенному мнению, существующая автомобильная промышленность временами была на удивление радикальной и склонной к риску. В 1963 году Chrysler Corporation предприняла один из самых смелых подобных экспериментов, когда выпустила серию из 55 специально разработанных автомобилей с газотурбинным двигателем и передала 50 из них в руки общественности (Dixon, 1980; www.www.turbocar.com; www.geocities.com/motorcity). В период с 1964 по 1966 год около 203 обычных водителей-добровольцев в 133 городах 48 штатов, а также в округе Колумбия использовали автомобили в течение трехмесячного испытательного периода. Отзывы были сочтены чрезвычайно полезными и использовались в последующих поколениях турбинных двигателей Chrysler. Проект турбины был окончательно заброшен во время финансового кризиса 1979–1980 годов, когда Chrysler пришлось обратиться за помощью к правительству. Правительственные чиновники считали программу создания турбин несерьезной и не желали ее поддерживать.

Другие смелые технологии вышли на рынок и дожили до наших дней. Двигатель Ванкеля был смелой технологией небольшой немецкой компании NSU, и можно сказать, что она стоила фирме независимости. В настоящее время компания входит в подразделение Audi концерна Volkswagen, хотя сам двигатель Ванкеля сохранился в спортивных автомобилях Mazda, таких как RX-7 и RX-8, а также в ряде других применений (Hege, 2001). Более удачной оказалась автоматическая бесступенчатая трансмиссия (CVT).Его принципы восходят к заре автомобилестроения с ручными системами CVT, которые использовались в таких транспортных средствах, как Fouillaron с ременным приводом 1901 года (van der Brugghen, 1988: 61) и Turicum с фрикционным приводом из Швейцарии (Schmid, 1978: 244). .

Однако настоящий прорыв произошел в 1958 году, когда был выпущен голландский малолитражный автомобиль DAF 600. При этом использовалась автоматическая система CVT с резиновыми ремнями на шкивах переменного диаметра, управляемая вакуумом двигателя. Эта система «Variomatic» работала хорошо, и в дополнение к бесступенчатому автоматическому приводу в качестве побочного эффекта она также предлагала контроль тяги и — вплоть до DAF 55 1968–72 годов — эффект дифференциала повышенного трения.Система была доступна только на автомобилях DAF и их производных, а после продажи автомобильного бизнеса DAF компании Volvo это были Volvo 66 и 340. В целом это охватывало период производства с 1958 по 1990 год. Однако специализированная трансмиссионная компания , Van Doorne’s Transmissie (VDT) была выделена из компании DAF в 1970-х годах, и она разработала версию со стальным ремнем, которую можно было адаптировать к любой трансмиссии. Эта система в настоящее время установлена ​​на ряд автомобилей, в частности, из Японии, и в 2002 году было произведено более одного миллиона ремней, что привело к вводу в эксплуатацию второго завода в Японии.Хотя это соответствует всего 2 % мирового производства автомобилей, это составляет более 90 % установленных систем CVT и около 5 % автоматических трансмиссий.

К 2002 году система была установлена ​​на серийные автомобили Subaru, Nissan, Honda, Ford, Fiat, Volvo, MG, Rover и Lancia, а также на несколько экспериментальных автомобилей. Хотя к тому времени компания VDT принадлежала немецкой компании Bosch, технология уже хорошо зарекомендовала себя. Версия с резиновым ремнем, тем временем, стала более массовой трансмиссией и теперь устанавливается на мотоциклы, французские «voitures sans permis» и некоторые внедорожники, такие как квадроциклы и снегоходы.Высокий риск, на который DAF пошел с технологией CVT, может быть продемонстрирован тем фактом, что он оставался нишевым игроком и был вынужден продать Volvo в 1970-х годах. Только когда Volvo адаптировала модель 340 для установки обычных механических коробок передач и предложила их на рынке, продажи автомобиля резко возросли. Однако на протяжении всего срока службы модели 340 около 15 % поставлялись с вариатором. Альтернативная бесступенчатая трансмиссия Torotrak (IVT) также близка к выходу на рынок сейчас, когда большинство проблем было преодолено, а вариатор с цепным приводом, разработанный ZF, был запущен в Audi A6 в 2001 году.

Что касается сроков внедрения новых автомобильных технологий, то в качестве примера можно взять внедрение самой технологии Budd. Когда Dodge стал одним из первых последователей примерно в 1915 году, а Citroën — примерно в 1923/4 году, основное внедрение этой технологии произошло в течение 1920-х и 1930-х годов, в течение которых многие из тех, кто не принял ее, погибли. Дальнейший рост произошел с увеличением спроса на автомобили после Второй мировой войны, и к 1960-м годам система стала доминирующей. Фактически, примерно к 1935 году ситуация изменилась в его пользу, что означало критический период развертывания примерно в 20 лет.Бесступенчатая трансмиссия с ременным приводом была разработана примерно за три года в конце 1950-х годов (van der Brugghen, 1988:129) и вышла на рынок в 1958 году. год развертывания или внедрения технологии. Двигатель Ванкеля был разработан в 1950-х годах и, как и вариатор DAF, нашел первых пользователей в своей продукции в NSU в 1960-х годах. Полного развертывания так и не произошло, поскольку она оставалась второстепенной автомобильной технологией и теперь используется Mazda только в одной модели, поскольку Audi-NSU отказалась от нее в 1977 году, продав более 37000 R080 (Sedgwick, 1986: 147).

Используя теорию распространения инноваций Роджерса (1995: 262) и применяя ее к фирмам, можно утверждать, что буддизм охватил практически все категории последователей, от новаторов (Dodge, Citroën) до первых последователей (Ford, Chevrolet , Morris, Fiat), через Раннее Большинство (Renault, Opel), к Позднему Большинству (Toyota, Nissan, Alfa-Romeo) и отстающим, которые так и не приняли его (Aston Martin, Lotus, Ferrari). Технология Ванкеля не продвинулась дальше стадии инноваций (NSU, Citroën и Mazda), хотя несколько фирм экспериментировали с ней, в том числе GM и Mercedes-Benz.Бесступенчатая трансмиссия перешла от новаторов (DAF) через ранних последователей (Fiat, Ford, Subaru) к фазе раннего большинства. Возможно, по-настоящему глобализованный мир позволил бы быстрее внедрять новые технологии, чем показывают эти исторические примеры. Даже скептики глобализации считают желательным свободный обмен интеллектуальным капиталом между странами. В нынешней глобальной автомобильной промышленности меньшее количество крупных фирм могло бы способствовать более быстрому внедрению новых технологий во всем мире.

Роторный двигатель Mazda Wankel | Как работает роторный двигатель

Мы еще не видели последний из вращающихся треугольников.

Еще в марте Мартейн тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, зажег редукторы повсюду, когда сообщил голландскому автоизданию ZERauto, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.

В частности, тен Бринк сказал, что роторный двигатель может увеличить запас хода электромобиля в 2019 году, и пока это только слухи. Mazda Motor of America не будет обсуждать или подтверждать комментарии Тена Бринка, сообщив нам только, что «Mazda пока не анонсировала никаких конкретных продуктов с роторным двигателем.Однако Mazda по-прежнему привержена работе над технологиями роторных двигателей».

Так что же такого особенного в этом легендарном паровозе, возвращение которого всех так взволновало? И почему на этот раз все может быть иначе?

Как это работает

Гетти Изображений

Роторный двигатель — это бочкообразный двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют многие основные детали, которые можно найти в обычном поршневом двигателе.Во-первых, нет никаких поршней, пыхтящих вверх и вниз. Скорее, закругленные треугольные роторы — чаще всего два, но иногда один или три — вращаются вокруг вала через полый ствол.

Топливо и воздух нагнетаются в пространство между боковинами роторов и внутренними стенками ствола, где они воспламеняются. Быстрое расширение взрывающихся газов вращает роторы, вырабатывая энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель легче и меньше, чем поршневой двигатель эквивалентного рабочего объема.

Базовый дизайн столетней давности. Сам Феликс Ванкель был немецким инженером, который придумал свою версию роторного двигателя в 1920-х годах. Однако, будучи занятым разжиганием войны от имени нацистской партии, он не имел возможности развить свое видение слишком далеко до 1951 года, когда немецкий автопроизводитель NSU пригласил его для разработки прототипа.

Сложная конструкция Ванкеля фактически уступила место более простому прототипу, разработанному инженером Ханнсом Дитером Пашке, которого NSU также пригласил попробовать первоначальную концепцию Ванкеля.Двигатель Пашке — это двигатель, которым Mazda будет владеть и побеждать в 21 веке. Таким образом, современный Ванкель не совсем Ванкель.

Гетти Изображений

Не говоря уже об именах, Ванкеля является наиболее распространенной и успешной конструкцией роторного двигателя, и единственной, которая была запущена в массовое производство. Еще в начале 60-х NSU и Mazda устроили дружеское совместное соревнование по продаже первого автомобиля с двигателем Ванкеля, поскольку они устраняли недостатки незрелой конструкции.NSU был первым на рынке в 1964 году, но он разрушил свою репутацию в течение следующего десятилетия, поскольку частые отказы двигателя снова и снова заставляли владельцев обращаться в мастерскую. Вскоре уже можно было найти NSU Spider или Ro 80 с тремя и более двигателями.

Проблема заключалась в апексных уплотнениях — тонких полосках металла между концами вращающихся роторов и корпусами роторов. НСУ сделал их трехслойными, что вызвало неравномерный износ, сделавший их гранатометными. Mazda разработала верхние уплотнения, сделав их однослойными, и представила Wankel в роскошном спортивном автомобиле Cosmo 1967 года.

В начале 70-х Mazda представила целую линейку автомобилей с двигателями Ванкеля, мечта, которая была разрушена нефтяным кризисом 1973 года. Но роторный двигатель стал единственной силовой установкой для трех поколений спортивных Mazda RX-7 с 1978 по 2002 год, период, когда двигатель Ванкеля и почитался, и ругался.

Любимый и ненавистный

Популярная механика

Редукторам

нравится роторный механизм отчасти потому, что он другой.Автолюбители всегда питали слабость к двигателю, который, если не считать сжигания бензина внутри, мало чем напоминает обычный поршневой двигатель. Роторный двигатель обеспечивает мощность линейно вплоть до 7000 или 8000 об/мин, в зависимости от специфики двигателя, и этот плоский диапазон мощности отличает его от поршневых двигателей, которые слишком часто потребляют мощность на высоких оборотах, чувствуя себя бессильными на низких оборотах.

Автопроизводителям также понравился ротор за его плавность хода. Роторы, вращающиеся вокруг центральной оси, обеспечивают приятное отсутствие вибрации по сравнению с поршневым двигателем, чье движение поршня вверх-вниз более резкое.Но необычный двигатель — это незнакомое животное, поэтому поляризационный Ванкель также внушает свою долю отвращения автолюбителям и механикам. Это простая конструкция — без ремня ГРМ, без распределительного вала, без коромысла — но незнакомость вызывает недоверие, а у Ванкеля есть причуды, которые требуют внимания.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Ротор по своей конструкции сжигает масло, закачивая небольшое количество моторного масла в камеры сгорания для смазки роторов, создавая привычную струю голубого дыма, вырывающуюся из выхлопной трубы, когда вы заводите машину.Откровенно говоря, людей это пугает: синий дым из выхлопных газов — это сигнал бедствия, если он исходит от поршневого двигателя.

Ротари также предпочитают минеральное масло синтетическому, а их конструкция означает, что вы должны периодически доливать масло, потому что двигатель постоянно его пьет. Эти верхние уплотнения также не служат долго, прежде чем их нужно будет заменить. Восстановление Ванкеля на 80 000-100 000 миль является типичным, и раньше, чем большинство поршневых двигателей нуждаются в такой исчерпывающей работе.

Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторных двигателей, меньшим выбросам и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед ее выпуском в выхлоп.Для RX-8 Mazda устранила эти проблемы, разместив выпускные отверстия по бокам камер сгорания. Выбросы топлива также стали жестче с годами. Это одна из причин, по которой RX-8, последний автомобиль с двигателем Ванкеля, поступил в продажу в 2002 году и был снят с производства в 2012 году.

Вернемся к вице-президенту Mazda Мартейну тен Бринку. Слухи о том, что Mazda может использовать какой-то роторный двигатель для увеличения запаса хода электромобиля. Это имело бы смысл. Еще в 2012 году Mazda взяла в лизинг 100 электромобилей Demio EV в Японии, но короткий пробег автомобиля в 124 мили был больным вопросом.Поэтому в 2013 году Mazda создала прототип, который включал в себя вращающийся расширитель диапазона, почти удвоивший этот диапазон, и назвал его Mazda2 RE Range Extender (Mazda2 — это то, как Demio называют за пределами Японии). Колеса прототипа приводились в движение с помощью электродвигателя, а 0,33-литровый роторный двигатель мощностью 38 лошадиных сил включался для подзарядки аккумуляторов электродвигателя, если они разряжались, а подзарядки поблизости не было.

Поскольку роторный двигатель не мог приводить в движение колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius.Ванкель был скорее бортовым генератором, который увеличивал запас хода автомобиля. Та же компактность и малый вес, которые сделали двигатель Ванкеля отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным генератором для увеличения запаса хода в автомобиле, особенно в том, в котором уже есть электродвигатели и аккумуляторы, конкурирующие за пространство и способные не позволять себе брать слишком большой вес. Но концепция увеличения запаса хода не была запущена в производство, и Mazda не продала ни одного электромобиля с тех пор, как были выпущены 100 электромобилей Demio.

Тем не менее, роторный двигатель заработал свою репутацию главным образом как двигатель спортивного автомобиля, а не как генератор, приводимый в движение электродвигателями. Пока ходят слухи о возрождении роторного двигателя, любители автомобилей будут мечтать об этом суетливом, причудливом двигателе, который снова будет вращать колеса для динамичной и динамичной езды.

Мэтью Джансер Мэтт Джансер — писатель из Юга, посвященный автомобилям и природе. Если он не находится снаружи, окруженный вещами или не просит животных оставаться неподвижными для фотографий, вы найдете его на обочине дороги под капотом старой машины, раздирающим оборудование для выбросов и ругающимся.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Двигатель Ванкеля | Инжиниринг | Fandom

Двигатель Ванкеля в Немецком музее Мюнхена, Германия

Роторный двигатель Ванкеля — тип двигателя внутреннего сгорания, изобретенный немецким инженером Феликсом Ванкелем, в котором вместо возвратно-поступательных поршней используется ротор.Эта конструкция обещает плавную работу на высоких оборотах компактного и легкого двигателя;

Критика[]

Однако двигатели Ванкеля

критикуют за низкую топливную экономичность и выбросы выхлопных газов.

Именование[]

С момента своего появления в автомобилях NSU Motorenwerke AG (NSU) и Mazda в 1960-х годах двигатель обычно называют роторным двигателем , это имя также применялось к нескольким совершенно другим конструкциям двигателей.

Хотя многие производители лицензировали дизайн, и Mercedes-Benz использовал его для своего концепт-кара C-111, только Mazda производила двигатели Ванкеля в больших количествах.С 2005 года двигатель доступен только в Mazda RX-8.

Как это работает[]

Цикл Ванкеля. Буква «А» отмечает одну из трех вершин ротора. Буква «B» обозначает эксцентриковый вал, который поворачивается три раза за каждый оборот ротора.

В двигателе Ванкеля четыре такта типичного двигателя с циклом Отто расположены последовательно вокруг овала, в отличие от возвратно-поступательного движения поршневого двигателя. В базовом однороторном двигателе Ванкеля единственный овальный (технически эпитрохоидальный) корпус окружает трехсторонний ротор (треугольник Рело), ​​который вращается и перемещается внутри корпуса.Стороны ротора уплотняются по бокам корпуса, а углы ротора уплотняются по внутренней периферии корпуса, разделяя его на три камеры сгорания.

При вращении ротора его движение и форма корпуса заставляют каждую сторону ротора приближаться и отдаляться от стенки корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания подобно «ходам» в поршневом двигателе. Однако в то время как обычный четырехтактный двигатель производит один такт сгорания на цилиндр за каждые два оборота (то есть один такт половинной мощности на оборот на цилиндр), каждая камера сгорания каждого ротора в двигателе Ванкеля генерирует один «такт сгорания» за оборот. (то есть три рабочих такта на один оборот ротора).Поскольку выходной вал Ванкеля вращается со скоростью, в три раза превышающей скорость ротора, это становится одним «тактом сгорания» на оборот выходного вала на ротор, что вдвое больше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, и аналогично мощности двухтактного двигателя. двигатель цикла. Таким образом, выходная мощность двигателя Ванкеля обычно выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичным объемом двигателя в аналогичном состоянии настройки, и выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичными физическими размерами и весом.

Налогообложение[]

Национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы в автомобильных гонках по-разному считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному двигателю с рабочим объемом в 1,5–2 раза больше; некоторые агентства по регулированию гонок считают, что это дает настолько явное преимущество, что полностью запрещают его.

Преимущества[]

Двигатели Ванкеля

имеют несколько основных преимуществ по сравнению с конструкциями с возвратно-поступательным движением поршня, а также имеют более высокую мощность при аналогичном рабочем объеме и физических размерах.Двигатели Ванкеля значительно проще и содержат гораздо меньше движущихся частей. Например, поскольку клапаны выполняются простыми портами, прорезанными в стенках корпуса ротора, у них нет клапанов или сложных клапанных механизмов; кроме того, поскольку ротор соединен непосредственно с выходным валом, нет необходимости в шатунах, обычном коленчатом вале, противовесах коленчатого вала и т. д. Отсутствие этих деталей не только делает двигатель Ванкеля намного легче (как правило, в два раза меньше, чем у двигателя Ванкеля). обычный двигатель с эквивалентной мощностью), но он также полностью устраняет возвратно-поступательное движение массы поршневого двигателя с его внутренней деформацией и собственной вибрацией из-за повторяющихся ускорений и торможений, обеспечивая не только более плавный поток мощности, но и способность производить больше мощности. при работе на более высоких оборотах.

В дополнение к повышенной надежности благодаря устранению этой возвратно-поступательной нагрузки на внутренние детали, конструкция двигателя с железным ротором внутри корпуса из алюминия, имеющего большее тепловое расширение, гарантирует, что даже при сильном перегреве двигатель Ванкеля двигатель не заклинит, как это может случиться с перегретым поршневым двигателем; это существенное преимущество с точки зрения безопасности при использовании самолетов.

Простота конструкции и меньшие размеры двигателя Ванкеля также позволяют сократить затраты на строительство по сравнению с поршневыми двигателями сопоставимой мощности.

В качестве еще одного преимущества форма камеры сгорания Ванкеля и турбулентность, создаваемая движущимся ротором, предотвращают образование локальных горячих точек, что позволяет использовать топливо с очень низким октановым числом без преждевременного зажигания или детонации, что является особым преимуществом для автомобилей, работающих на водороде. . Эта особенность также вызвала большой интерес в Советском Союзе, где высокооктановый бензин был редкостью.

Недостатки[]

Конструкция двигателя Ванкеля требует многочисленных скользящих уплотнений и корпуса, который обычно представляет собой сэндвич из чугунных и алюминиевых деталей, которые расширяются и сжимаются в разной степени при воздействии циклов нагрева и охлаждения в процессе эксплуатации.Эти элементы приводили к очень высокой частоте разгерметизации как между ротором и корпусом, так и между различными деталями, составляющими корпус. Дальнейшая инженерная работа Mazda позволила взять эти проблемы под контроль, но затем компания столкнулась с внезапной глобальной озабоченностью как выбросами углеводородов, так и ростом стоимости бензина, двумя наиболее серьезными недостатками двигателя Ванкеля.

Поскольку форма камеры сгорания Ванкеля предотвращает преждевременное зажигание, она также приводит к неполному сгоранию воздушно-топливного заряда с выбросом оставшихся несгоревших углеводородов в выхлоп.Сначала, когда производители автомобилей с поршневыми двигателями обращались к дорогостоящим каталитическим нейтрализаторам для полного окисления несгоревших углеводородов, Mazda смогла избежать этих затрат, парадоксальным образом обогащая воздушно-топливную смесь настолько, чтобы производить поток выхлопных газов, достаточно богатый углеводородами. фактически поддерживать полное сгорание в «тепловом реакторе» (просто увеличенная открытая камера в выпускном коллекторе) без необходимости в каталитическом нейтрализаторе, тем самым производя чистый выхлоп за счет некоторого дополнительного расхода топлива.

Связанная с этим причина неожиданно плохой экономии топлива связана с неотъемлемым недостатком конструкции ротора Ванкеля при использовании обычного топлива. Некоторые исследования показали, что при высоких скоростях скорость увеличения объема камеры сгорания в моменты после воспламенения фактически опережает расширение горящего топлива. В результате на высоких скоростях из того же объема топлива извлекается меньше полезной энергии, поскольку выхлопу приходится тратить время и энергию, чтобы «догнать» ротор, прежде чем он сможет выполнить какую-либо работу.

Типичный серийный двухроторный двигатель Ванкеля не использует подшипник между двумя роторами, что позволяет использовать цельный эксцентриковый вал. Этот компромисс позволяет удешевить производство за счет пиковых оборотов двигателя из-за изгиба эксцентрикового вала. В двигателях с более чем двумя роторами или двигателях с двумя гоночными роторами, предназначенных для использования на высоких оборотах, необходимо использовать составной эксцентриковый вал, позволяющий устанавливать дополнительные подшипники между роторами. Хотя этот подход действительно увеличивает сложность конструкции эксцентрикового вала, он успешно использовался некоторыми производителями автомобилей при производстве трехроторных двигателей, а также во многих гоночных двигателях мелкосерийного производства.

Многие недостатки двигателя Ванкеля были устранены другим производителем. Выпускные окна, которые в более ранних роторных двигателях располагались в корпусах роторов, были перемещены в стороны от камеры сгорания. Этот подход позволил более раннему производителю устранить перекрытие между отверстиями впускного и выпускного отверстий, одновременно увеличив площадь выпускного отверстия. Расход топлива теперь находится в пределах нормальных пределов требований некоторых штатов по выбросам.

Авиационные двигатели[]

Превосходное соотношение мощности и веса двигателя Ванкеля, надежность и малая лобовая площадь делают его особенно подходящим для использования в авиационных двигателях.К ним проявляли большой интерес в этой роли в 1950-х годах, когда конструкция впервые стала широко известна, но именно в это же время почти вся промышленность перешла на реактивный двигатель, который, как многие считали, будет единственным используемым двигателем. в течение десятилетия. Ванкель страдал от отсутствия интереса, и когда позже стало ясно, что реактивный двигатель был слишком дорогим для всех ролей, мир авиации общего назначения уже настолько сократился, что денег на новые конструкции двигателей было мало.Тем не менее интерес к ним для малой авиации сохраняется.

Aircraft Ванкели вернулись в последующие годы. Ни одно из их преимуществ не было потеряно по сравнению с другими двигателями, а внедрение более качественных материалов помогло решить проблему уплотнения наконечника (уплотнение вершины). Они все чаще используются в тех ролях, где важен их компактный размер и тихая работа, особенно в беспилотных летательных аппаратах или БПЛА. Многие компании и любители адаптируют роторные двигатели Mazda для использования в самолетах; другие, в том числе сама Wankel GmbH, производили роторные двигатели Ванкеля, предназначенные для этой цели.

Другое использование[]

Маленькие двигатели Ванкеля все чаще используются в других целях, например, в картингах, личных плавсредствах и вспомогательных силовых установках для самолетов. Некоторые использовали двигатель Ванкеля для моделей самолетов, производство которых практически не изменилось с 1970 года; даже с большим глушителем вся упаковка весит всего 13,4 унции (380 грамм).

Простота Ванкеля делает его идеальным для двигателей мини, микро и микромини.

Самый большой двигатель Ванкеля был доступен в версиях мощностью 550 л.с. (410 кВт) с одним ротором и мощностью 1100 л.с. (820 кВт) с двумя роторами, рабочим объемом 41 литр на ротор при диаметре ротора примерно один метр.Благодаря ограничению скорости вращения двигателя до 1200 об/мин и использованию природного газа в качестве топлива был выбран правильный выбор двигателей для привода насосов на газопроводах.

Также было произведено ограниченное количество мотоциклов с двигателями Ванкеля.

Помимо использования в двигателях внутреннего сгорания, базовая конструкция Ванкеля также использовалась для воздушных компрессоров и нагнетателей для двигателей внутреннего сгорания, но в этих случаях, хотя конструкция по-прежнему обеспечивает преимущества в надежности, основные преимущества конструкции Ванкеля по габаритам и массе над четырехтактным двигателем внутреннего сгорания значения не имеют.В конструкции, использующей нагнетатель Ванкеля на двигателе Ванкеля, нагнетатель в два раза больше двигателя!

Пожалуй, самое экзотическое использование конструкции Ванкеля — система преднатяжителей ремней безопасности Volkswagen New Beetle. В этом автомобиле, когда датчики замедления обнаруживают потенциальную аварию, небольшие взрывные патроны срабатывают электрически, и образующийся сжатый газ подается в крошечные двигатели Ванкеля, которые вращаются, компенсируя провисание в системах ремней безопасности, надежно закрепляя водителя и пассажиров на сиденье. перед любым столкновением.

См. также[]

Ссылки[]

  • цитировать книгу | автор = Ямагути, Джек К. | title=Новая Mazda RX-7 и спортивные автомобили Mazda с роторным двигателем | издатель = св. Пресса Мартина, Нью-Йорк | год=1985 | идентификатор = ISBN 0312694563
  • цитировать в Интернете | title=Сборник производственных и экспериментальных данных двигателя Ванкеля | работа = Monito.com | url=http://www.monito.com/wankel/engines.html | дата доступа = 24 февраля | accessyear=2005

Внешние ссылки[]

Двигатель Ванкеля

Загрузка

 

Радиальный двигатель Ванкеля — очаровательный зверь, отличающийся очень умной перестановкой четырех элементов цикла Отто.

Феликс Ванкель родился в 1903 году в Ларе в Шварцвальде в Германии. С 1921 по 1926 год он работал в отделе продаж научного издательства в Гейдельбурге. В 1924 году он открыл мастерскую в Гейдельбурге, где изготовил свои первые модели роторно-поршневого двигателя. Понимая, что основной проблемой таких конструкций является газонепроницаемость, он потратил много времени на ее решение. К 1927 году проблемы в основном были решены. Во время Второй мировой войны он работал в немецком Luftfahrtministerium (Министерство авиации).В 1951 году Ванкель и NSU подписали контракт о сотрудничестве по разработке роторно-поршневого двигателя.

13 апреля 1954 года компания NSU построила первый роторный двигатель Ванкеля (DKM 54, Drehkolbenmotor ), фото слева. В 1956 году прототип мотоцикла NSU выиграл все испытания в своей категории и побил несколько мировых рекордов на Большом Соленом озере в США — его двигатель питался от нагнетателя Ванкеля.
Так называемый KKM 57 (роторный двигатель Ванкеля, Kreiskolbenmotor ), изображенный ниже, был построен инженером NSU Ханнсом Дитером Пашке в 1957 году без ведома Феликса Ванкеля, который заметил: « вы превратили мою скаковую лошадь в плуг кобыла «.

В 1958 году НГУ начал испытания двигателя Ванкеля. В 1960 году двигатель Ванкеля впервые публично обсуждался на конгрессе Ассоциации немецких инженеров. В 1963 году NSU представила Spider с двигателем Ванкеля на Франкфуртском автосалоне.

Когда мы смотрим на двигатель с подъемным цилиндром, мы можем заметить, что многие детали работают неравномерно. Они сильно разгоняются и за короткое время снова тормозятся (например, поршень, шатун, клапаны, стержни клапанов и т. д.). Эту проблему давно пытались решить, пытаясь разработать что-то другое.Использовать не переменный двигатель Отто, а вращающийся. Таким образом, можно было избежать огромных сил ускорения в двигателе подъемного цилиндра, которые ограничивали число оборотов коленчатого вала.
Уже около 1636 года немец Паппенгейм зарисовал роторный насос, который примерно через 150 лет впервые на практике был использован в паровых машинах Уатта.
К сожалению, основные трудности не могли быть решены в это время: Секции не могли быть должным образом герметизированы, и поэтому эффективность этих роторных двигателей/насосов была намного хуже, чем у подъемно-поршневых двигателей.Многие инженеры тщетно пытались решить эти проблемы, и казалось невозможным, что однажды будет разработан эффективный роторный двигатель.

Двигатель Ванкеля был разработан в 70-х годах многими компаниями, в т.ч. General Motors, Daimler Benz, Peugeot и Mazda. Всего они построили более миллиона автомобилей с двигателем Ванкеля.
Но из-за ужесточения природоохранного законодательства и вследствие нефтяного кризиса инвестиции больше не делались.

Только Mazda продолжила разработку роторного двигателя.Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовала серия автомобилей с роторным двигателем, мотоциклов, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года. В последний раз RX-7 продавался в США в 1995 году, но в ближайшем будущем роторный двигатель вернется.
Mazda RX-8, новый автомобиль от Mazda, имеет новый, отмеченный наградами роторный двигатель под названием RENESIS.Этот безнаддувный двухроторный двигатель, названный Международным двигателем года 2003, будет производить около 250 лошадиных сил. Двигатель Renesis, также 13B-MSPv (Multi Side Port), который впервые появился в производстве на Mazda RX-8 2004 года, является развитием предыдущего 13B. Он был разработан для уменьшения выбросов выхлопных газов и повышения экономии топлива, которые были двумя наиболее частыми недостатками роторных двигателей. В отличие от своих предшественников из линейки 13B, он без наддува, что приводит к меньшей мощности.
Двигатель повлек за собой два серьезных изменения. Во-первых, выпускные отверстия больше не являются периферийными, а расположены сбоку корпуса, что позволило инженерам устранить перекрытие и перепроектировать область впускных отверстий. Это дало заметно больше мощности благодаря лучшей степени сжатия. Во-вторых, роторы имеют другую форму, особенно их боковые уплотнения и верхние уплотнения малой высоты, которые обеспечивают оптимальную смазку.
Эти и другие инновационные технологии позволяют Renesis увеличить мощность на 49 % и значительно снизить расход топлива и выбросы (RX-8 соответствует LEV-II).

В поршневых двигателях это давление содержится в цилиндрах и заставляет поршни двигаться вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, которое можно использовать для привода автомобиля.

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это осуществляется совершенно по-другому.
Сердцем роторного двигателя является ротор.Это примерно эквивалентно поршням поршневого двигателя. Ротор установлен на большом круглом выступе на выходном валу. Этот лепесток смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток по узким кругам, совершая три оборота на каждый оборот ротора.

 

Если вы внимательно посмотрите, то увидите, что смещенный лепесток на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.
Лучший способ визуализировать действие двигателя на анимации слева — смотреть не на сам ротор, а на полость, образовавшуюся между ним и корпусом. Двигатель Ванкеля на самом деле представляет собой систему с прогрессирующей полостью переменного объема. Таким образом, в каждом корпусе имеется 3 полости, и все они повторяют один и тот же цикл. Обратите также внимание, что точки на роторе и е-валу вращаются с разной скоростью, е-вал движется в 3 раза быстрее, чем ротор, так что один полный оборот ротора соответствует 3 оборотам е-вала.По мере того, как ротор перемещается по корпусу, размеры трех образованных ротором камер меняются. Это изменение размера вызывает насосное действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

 

Впуск


Фаза всасывания цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускное отверстие обращено к камере, объем этой камеры близок к минимуму.Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру. Когда вершина ротора проходит через впускное отверстие, эта камера закрывается и начинается сжатие.

 

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает свое движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а воздушно-топливная смесь сжимается. К тому времени, когда торец ротора доходит до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму.Смесь воспламеняется. В это время начинается горение.

Сгорание

Большинство современных роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна свеча. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро нарастает, заставляя ротор двигаться дальше в направлении, увеличивающем объем камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока вершина ротора не пройдет через выпускное отверстие.

Выхлоп

Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, газы сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопа. По мере того, как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из отверстия. К тому времени, когда объем камеры приближается к минимуму, вершина ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.
Отличительной особенностью роторного двигателя является то, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в одной части цикла.За один полный оборот ротора будет три такта сгорания.

 

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему подачи топлива, аналогичную поршневым двигателям. Если вы никогда не видели внутреннюю часть роторного двигателя, будьте готовы к сюрпризу, потому что вы мало что узнаете.

Ротор

Ротор имеет три выпуклые поверхности, каждая из которых действует как поршень. Каждая поверхность ротора имеет карман, который увеличивает рабочий объем двигателя, оставляя больше места для воздушно-топливной смеси.
На вершине каждой стороны находится металлическая пластина, которая образует уплотнение снаружи камеры сгорания. На каждой стороне ротора также есть металлические кольца, которые герметизируются по бокам камеры сгорания.
Ротор имеет набор внутренних зубьев шестерни, врезанных в центр одной стороны. Эти зубья сопрягаются с шестерней, закрепленной на корпусе. Это зубчатое соединение определяет траекторию и направление прохождения ротора через корпус.

 

Корпус (на фото ротор внутри корпуса)

Корпус примерно овальной формы (фактически эпитрохоид).Форма камеры сгорания разработана таким образом, что три вершины ротора всегда остаются в контакте со стенкой камеры, образуя три герметичных объема газа.
Каждая часть корпуса предназначена для одной части процесса сгорания. Четыре секции: впуск, сжатие, сгорание и выпуск
Впускные и выпускные отверстия расположены в корпусе. В этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выхлопом, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой (карбюратор или система впрыска).

Выходной вал

Центральный приводной вал, также называемый эксцентриковым валом или E-валом, проходит через центр ротора и поддерживается подшипниками. Ротор вращается вокруг смещенного кулачка (кривошипа) на Е-валу и совершает орбитальные обороты вокруг центрального вала. Вращение ротора вызывается стационарной шестерней, закрепленной на боковом корпусе, по которой движется шестерня в роторе. Уплотнения по углам ротора прилегают к периферии корпуса, разделяя его на три подвижные камеры сгорания.Неподвижные шестерни, установленные на каждой стороне корпуса, входят в зацепление с зубчатыми венцами, прикрепленными к ротору, чтобы обеспечить правильную ориентацию при движении ротора.
Выходной вал имеет круглые выступы, установленные эксцентрично, что означает, что они смещены от центральной линии вала. Каждый ротор надевается на одну из этих кулачков. Кулачок действует как коленчатый вал в поршневом двигателе. Когда ротор следует по своему пути вокруг корпуса, он давит на кулачки. Поскольку кулачки установлены эксцентрично по отношению к выходному валу, сила, которую ротор прикладывает к кулачкам, создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.

 

Роторный двигатель собирается слоями. Каждый слой фактически представляет собой один корпус ротора овальной формы. Охлаждающая жидкость течет по каналам, окружающим все детали. Два крайних слоя содержат уплотнения и подшипники выходного вала. Они также герметизируют две секции корпуса, в которых находятся роторы. Внутренние поверхности этих деталей очень гладкие, что помогает уплотнениям ротора выполнять свою работу. Впускное отверстие расположено на каждой из этих концевых частей.


Есть несколько определяющих характеристик, которые отличают роторный двигатель от обычного поршневого двигателя.Двигатели Ванкеля
значительно проще и содержат гораздо меньше движущихся частей. Например, поскольку клапаны выполняются простыми портами, прорезанными в стенках корпуса ротора, у них нет клапанов или сложных клапанных механизмов; кроме того, поскольку ротор соединен непосредственно с выходным валом, нет необходимости в шатунах, обычном коленчатом вале, противовесах коленчатого вала и т. д. Отсутствие этих деталей не только делает двигатель Ванкеля намного легче (как правило, в два раза меньше, чем у двигателя Ванкеля). обычный двигатель эквивалентной мощности), но также полностью устраняет возвратно-поступательную массу поршневого двигателя с его внутренней деформацией и собственной вибрацией из-за повторяющихся ускорений и торможений, обеспечивая не только более плавный поток мощности, но и способность производить больше мощности. при работе на более высоких оборотах.
Из-за квазиперекрытия рабочих тактов, что обеспечивает плавность работы двигателя, и отсутствия 4-тактного цикла в поршневом двигателе, двигатель Ванкеля очень быстро реагирует на изменения дроссельной заслонки и способен обеспечить почти мгновенный всплеск мощности при возникновении потребности, особенно при более высоких оборотах. Это более верно по сравнению с 4-цилиндровыми поршневыми двигателями и менее верно по сравнению с большим количеством цилиндров.
В дополнение к повышенной надежности благодаря полному устранению этой возвратно-поступательной нагрузки на внутренние детали, двигатель имеет стальной ротор внутри корпуса из алюминия, который имеет большее тепловое расширение.Это гарантирует, что даже сильно перегретый двигатель Ванкеля не может заклинить, как это может произойти в перегретом поршневом двигателе. Это является существенным преимуществом с точки зрения безопасности при использовании самолетов, поскольку никакие клапаны не могут сгореть.

Из-за увеличенной на 50 % продолжительности хода по сравнению с четырехтактным двигателем для завершения сгорания требуется больше времени. Это приводит к большей пригодности для прямого впрыска. Роторный двигатель Ванкеля имеет более сильные потоки воздушно-топливной смеси и более длительный рабочий цикл, чем поршневой двигатель, поэтому он одновременно осуществляет тщательное смешивание водорода и воздуха.В результате получается однородная смесь, которая имеет решающее значение для сгорания водорода.


Трехроторный гоночный двигатель Mazda wankel

Подобно тому, как форма камеры сгорания Ванкеля предотвращает преждевременное зажигание, она также приводит к неполному сгоранию воздушно-топливного заряда с выходом оставшихся несгоревших углеводородов в выхлоп. В то время как производители автомобилей с поршневыми двигателями обращались к дорогостоящим каталитическим нейтрализаторам для полного окисления несгоревших углеводородов, Mazda смогла избежать этих затрат за счет обогащения воздушно-топливной смеси и увеличения количества несгоревших углеводородов в выхлопных газах, чтобы фактически поддерживать полное сгорание в выхлопных газах. «термический реактор» (увеличенная открытая камера в выпускном коллекторе) без каталитического нейтрализатора, что обеспечивает чистый выхлоп за счет некоторого дополнительного расхода топлива.Мировые цены на бензин резко выросли в то время, когда Mazda представила свой двигатель Ванкеля, что сделало компромисс между более чистым выхлопом и повышенным расходом топлива нежелательным для потребителей.
В Mazda RX-8 с двигателем Renesis расход топлива теперь находится в пределах нормы при соблюдении требований штата Калифорния по выбросам загрязняющих веществ.

В то время как четырехтактный поршневой двигатель совершает один такт сгорания на цилиндр на каждые два оборота коленчатого вала (то есть один такт половинной мощности на один оборот коленчатого вала на цилиндр), каждая камера сгорания в двигателе Ванкеля генерирует один такт сгорания на каждый оборот карданного вала , я.е. один рабочий ход на оборот ротора по орбите и три рабочих такта на оборот ротора. Таким образом, выходная мощность двигателя Ванкеля обычно выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичным объемом двигателя в аналогичном состоянии; и выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя аналогичных габаритов и веса. Двигатели Ванкеля
также обычно имеют гораздо более высокие обороты в минуту, чем поршневые двигатели с аналогичной выходной мощностью, в основном из-за передачи от ротора к электронному валу; а также благодаря плавности, присущей круговому движению, что исключает опасные вибрации, которые могут возникать в поршневых двигателях в силу особенностей их работы.
Национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы в автомобильных гонках по-разному считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному двигателю с рабочим объемом в 1,5–2 раза больше; некоторые органы, санкционирующие гонки, полностью запрещают его, включая Формулу 1.

В отличие от поршневого двигателя, в котором цилиндр охлаждается поступающим зарядом после нагрева от сгорания, корпуса ротора Ванкеля постоянно нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой, что приводит к высоким локальным температурам и неравному тепловому расширению.Хотя это предъявляет высокие требования к используемым материалам, простота Ванкеля упрощает использование альтернативных материалов, таких как экзотические сплавы и керамика. При водяном охлаждении в радиальном или осевом направлении потока, когда горячая вода из горячей дуги нагревает холодную дугу, тепловое расширение остается допустимым.

Помимо использования в двигателях внутреннего сгорания, базовая конструкция Ванкеля также использовалась для воздушных компрессоров и нагнетателей для двигателей внутреннего сгорания, но в этих случаях, хотя конструкция по-прежнему предлагает преимущества в надежности, основные преимущества Ванкеля в размер и вес по сравнению с четырехтактным двигателем внутреннего сгорания значения не имеют.В конструкции, использующей нагнетатель Ванкеля на двигателе Ванкеля, нагнетатель в два раза больше двигателя.

Серьезных недостатков немного. Уплотнения Apex не являются идеальными уплотнениями. На самом деле у каждого есть зазор для расширения. Кроме того, уплотнение на вершинах Ванкеля менее критично, поскольку утечка происходит между соседними камерами на соседних тактах цикла, а не в картер. Однако менее эффективное уплотнение Ванкеля является одним из факторов, снижающих его эффективность, ограничивая его успех в основном такими приложениями, как гоночные двигатели и спортивные автомобили, где ни эффективность, ни длительный срок службы двигателя не являются основными соображениями.
В задней части камеры сгорания роторного двигателя образуется сжатая струя, которая отталкивает фронт пламени. При использовании обычной системы с двумя свечами зажигания или одной свечи зажигания и гомогенной смеси этот сжатый поток препятствует распространению пламени на заднюю сторону камеры сгорания в диапазоне средних и высоких оборотов двигателя. Вот почему в выхлопном потоке Ванкеля может быть больше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Боковой выхлоп, который используется в Mazda Renesis, позволяет избежать этого, потому что несгоревшая смесь не может выйти.Mazda 26B, известный победитель 24-часовой гонки на выносливость в Ле-Мане, избежала этой проблемы благодаря системе зажигания с 3 свечами зажигания. В результате в 24-часовой гонке на выносливость в Ле-Мане в 1991 году у 26B расход топлива был значительно ниже, чем у конкурирующих поршневых двигателей. У всех участников было одинаковое количество доступного топлива из-за правила ограничения количества топлива на 24 часа Ле-Мана.


Mazda wankel четырехроторный гоночный двигатель LeMans

 

Пожалуй, самое экзотическое использование конструкции Ванкеля — система преднатяжителей ремней безопасности некоторых автомобилей Mercedes-Benz.В этих автомобилях, когда датчики замедления обнаруживают потенциальную аварию, небольшие взрывные патроны срабатывают электрически, и образующийся сжатый газ подается в крошечные двигатели Ванкеля, которые вращаются, компенсируя провисание в системах ремней безопасности, надежно закрепляя водителя и пассажиров на сиденье. до любого столкновения

Вернуться к началу страницы

 

Двигатель Ванкеля — Academic Kids

От академических детей

Двигатель Ванкеля — тип двигателя внутреннего сгорания, изобретенный Феликсом Ванкелем, в котором вместо возвратно-поступательных поршней используется ротор.Эта конструкция обещает плавную работу на высоких оборотах компактного и легкого двигателя; однако Ванкельса критикуют за низкую топливную экономичность и выбросы выхлопных газов.

Введение

С момента своего появления в автомобилях NSU Motorenwerke AG (NSU) и Mazda в 1960-х годах двигатель также обычно называют «роторным двигателем»; однако это название также относится к большому количеству других конструкций двигателей, в первую очередь к роторно-поршневым двигателям, когда-то широко использовавшимся в самолетах, а также к другим конструкциям роторных двигателей внутреннего сгорания, таким как более поздняя концепция, называемая квазитурбиной.

Хотя многие производители лицензировали дизайн, только Mazda производила двигатели Ванкеля в больших количествах. Сегодня этот двигатель доступен только в одном автомобиле Mazda, производимом в настоящее время, Mazda RX-8.

Как это работает

В двигателе Ванкеля четыре такта типичного двигателя с циклом Отто расположены последовательно вокруг овала, в отличие от возвратно-поступательного движения поршневого двигателя. В базовом однороторном двигателе Ванкеля единственный овальный (технически эпитрохоидальный) корпус окружает трехсторонний ротор (треугольник Рело), ​​который вращается и перемещается внутри корпуса.Стороны ротора уплотняются по бокам корпуса, а углы ротора уплотняются по внутренней периферии корпуса, разделяя его на три камеры сгорания.

Отсутствует изображение
Wankel_Cycle.gif

Цикл Ванкеля: впуск (синий), сжатие (зеленый), зажигание (красный), выпуск (желтый)

По мере вращения ротора его движение, форма и форма корпуса заставляют каждую сторону ротора приближаться и отдаляться от стенки корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания аналогично «тактам» в поршневом двигателе. .Однако в то время как обычный четырехтактный двигатель производит один такт сгорания на цилиндр за каждые два оборота (то есть один такт половинной мощности на оборот на цилиндр), каждая камера сгорания каждого ротора в двигателе Ванкеля генерирует один «такт сгорания» за оборот ( то есть три рабочих такта на один оборот ротора). Поскольку выходной вал Ванкеля вращается со скоростью, в три раза превышающей скорость ротора, это становится одним «тактом сгорания» на оборот выходного вала на ротор, что вдвое больше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, и аналогично мощности двухтактного двигателя. двигатель цикла.Таким образом, выходная мощность двигателя Ванкеля обычно выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичным объемом двигателя в аналогичном состоянии настройки, и выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичными физическими размерами и весом.

Национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы в автомобильных гонках по-разному считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному двигателю с рабочим объемом в 1,5–2 раза больше; некоторые агентства по регулированию гонок считают, что это дает настолько явное преимущество, что полностью запрещают его.

Преимущества

Двигатели Ванкеля

имеют несколько основных преимуществ по сравнению с конструкциями с возвратно-поступательным движением поршня, а также имеют более высокую мощность при аналогичном рабочем объеме и физических размерах. Двигатели Ванкеля значительно проще и содержат гораздо меньше движущихся частей. Например, поскольку клапаны выполняются простыми портами, прорезанными в стенках корпуса ротора, у них нет клапанов или сложных клапанных механизмов; кроме того, поскольку ротор зацеплен непосредственно с выходным валом, нет необходимости в шатунах, обычном коленчатом валу, противовесах коленчатого вала и т. д.Устранение этих деталей не только делает двигатель Ванкеля намного легче (как правило, вдвое легче обычного двигателя с эквивалентной мощностью), но также полностью устраняет возвратно-поступательную массу поршневого двигателя с его внутренним напряжением и собственной вибрацией из-за повторяющихся ускорений и замедление, обеспечивающее не только более плавный поток мощности, но и возможность производить больше мощности за счет работы на более высоких оборотах.

В дополнение к повышенной надежности благодаря устранению этой возвратно-поступательной нагрузки на внутренние детали, конструкция двигателя с железным ротором внутри корпуса из алюминия, имеющего большее тепловое расширение, гарантирует, что даже при сильном перегреве двигатель Ванкеля двигатель не заклинит, как это может случиться с перегретым поршневым двигателем; это имеет существенное преимущество для использования самолетов.

Простота конструкции и меньшие размеры двигателя Ванкеля также позволяют сократить затраты на строительство по сравнению с поршневыми двигателями сопоставимой мощности.

В качестве еще одного преимущества форма камеры сгорания Ванкеля и турбулентность, создаваемая движущимся ротором, предотвращают образование локальных горячих точек, что позволяет использовать топливо с очень низким октановым числом без преждевременного зажигания или детонации, что является особым преимуществом для автомобилей, работающих на водороде. . Эта особенность также вызвала большой интерес в Советском Союзе, где высокооктановый бензин был редкостью.

Недостатки

Конструкция двигателя Ванкеля требует многочисленных скользящих уплотнений и корпуса, который обычно представляет собой сэндвич из чугунных и алюминиевых деталей, которые расширяются и сжимаются в разной степени при воздействии циклов нагрева и охлаждения в процессе эксплуатации. Эти элементы приводили к очень высокой частоте разгерметизации как между ротором и корпусом, так и между различными деталями, составляющими корпус. Дальнейшая инженерная работа Mazda позволила взять эти проблемы под контроль, но затем компания столкнулась с внезапной глобальной озабоченностью как выбросами углеводородов, так и ростом стоимости бензина, двумя наиболее серьезными недостатками двигателя Ванкеля.

Поскольку форма камеры сгорания Ванкеля предотвращает преждевременное зажигание, она также приводит к неполному сгоранию воздушно-топливного заряда с выбросом оставшихся несгоревших углеводородов в выхлоп. Сначала, когда производители автомобилей с поршневыми двигателями обращались к дорогостоящим каталитическим нейтрализаторам для полного окисления несгоревших углеводородов, Mazda смогла избежать этих затрат, парадоксальным образом обогащая воздушно-топливную смесь настолько, чтобы производить поток выхлопных газов, достаточно богатый углеводородами. фактически поддерживать полное сгорание в «тепловом реакторе» (просто увеличенная открытая камера в выпускном коллекторе) без необходимости в каталитическом нейтрализаторе, тем самым производя чистый выхлоп за счет некоторого дополнительного расхода топлива.

К несчастью для Mazda, за их переходом на это решение немедленно последовало резкое повышение стоимости бензина во всем мире, так что не только дополнительные затраты на топливо их конструкции с «тепловым реактором», но даже более низкая топливная экономичность Двигатель Ванкеля привел к тревожному падению продаж.

Другим недостатком двигателя Ванкеля является сложность расширения двигателя до более чем двух роторов. Сложные формы ротора, корпуса и выходного вала, а также способ их соединения требуют, чтобы двигатели с более чем двумя роторами использовали выходной вал, состоящий из нескольких секций, собранных во время сборки остальной части двигателя.Хотя этот метод успешно использовался в гоночных автомобилях с двигателем Ванкеля, он во многом сводит на нет относительную простоту и дешевизну конструкции двигателя Ванкеля.

История

Ванкель впервые задумал свой роторный двигатель в 1924 году и, наконец, получил на него патент в 1929 году. В течение 1940-х годов он работал над улучшением конструкции. Значительные усилия были приложены к разработке роторных двигателей в 1950-х и 1960-х годах. Они представляли особый интерес, потому что имели плавный и очень тихий ход, а надежность была следствием их простоты.

В Великобритании компания Norton Motorcycles разработала роторный двигатель Ванкеля для мотоциклов, который был включен в их Commander; Suzuki также произвела серийный мотоцикл с двигателем Ванкеля RE-5. Компания John Deere Inc в США провела серьезные исследования в области роторных двигателей и разработала версию, способную работать на различных видах топлива без замены двигателя. Эта конструкция была предложена в качестве источника питания для нескольких боевых машин морской пехоты США в конце 1980-х годов.

После периодического использования в автомобилях, например, NSU с их моделью Ro 80, Citron с M35 и GS Birotor с двигателями производства Comotor, а также безуспешных попыток General Motors и Mercedes Benz спроектировать автомобили с двигателем Ванкеля, самые обширные автомобильное использование двигателя Ванкеля было японской компанией Mazda.

Изображение отсутствует
Eunos_cosmo_3_rotor.jpg

3-роторный двигатель Eunos Cosmo

После многих лет разработки первым автомобилем Mazda с двигателем Ванкеля стала Mazda Cosmo 1967 года. Затем компания выпустила несколько автомобилей Ванкеля («роторных» в терминологии компании), включая автобус и пикап. Покупателям они в целом понравились, особенно за плавность хода. Однако им очень не повезло: они были выпущены в разгар усилий по снижению выбросов и увеличению экономии топлива.Позже Mazda отказалась от Wankel в большинстве своих автомобильных разработок, но продолжала использовать его в своем спортивном автомобиле RX-7 до августа 2002 года (хотя импорт RX-7 в Северную Америку прекратился с модельным годом 1995 года). Компания обычно использовала двухроторные конструкции, но привлекла значительное внимание своим Eunos Cosmo 1991 года, в котором использовался трехроторный двигатель с двойным турбонаддувом. В 2003 году Mazda повторно выпустила роторную модель RX-8.

Сеть Гран-при Малибу, концепция которой аналогична коммерческим гоночным трассам для картинга, управляет несколькими площадками в Соединенных Штатах, где клиент может купить несколько кругов по трассе на автомобиле, очень похожем на гоночные автомобили с открытыми колесами, но с двигателем. небольшой роторный двигатель Curtiss-Wright.

Хотя известно, что ВАЗ, советский производитель автомобилей, производил автомобили с двигателем Ванкеля, а советское конструкторское бюро авиационных двигателей «Авиадвигатель» производило двигатели Ванкеля для самолетов и вертолетов, во внешних источниках появилось мало конкретной информации. Мир; то, что было замечено, указывает на общее сходство с конструкциями Ванкеля от NSU, Comotor и Mazda, поэтому вполне вероятно, что многие западные патенты были нарушены этими конструкциями, что является вероятной причиной их сокрытия.

Известно, что Китайская Народная Республика также проводила эксперименты с двигателями Ванкеля, но на Западе о работе, проделанной там, известно еще меньше, за исключением одной статьи № 880628, доставленной в SAE в 1988 году Ченом Телуаном из Южно-китайский технологический институт в Гуанчжоу.

Автомобильные гонки

В мире гонок Mazda добилась значительных успехов с автомобилями с двумя, тремя и четырьмя роторами, а частные гонщики также добились значительного успеха со стандартными и модифицированными автомобилями Mazda с двигателем Ванкеля.

Автомобиль Sigma MC74 с двигателем Mazda 12A был первым двигателем и командой из-за пределов Западной Европы и США, финишировавших все 24 часа гонки «24 часа Ле-Мана» в 1974 году. Mazda — единственная команда извне. Западная Европа или Соединенные Штаты, выигравшие Ле-Ман безоговорочно, и единственный непоршневой двигатель, когда-либо выигрывавший Ле-Ман, чего компания добилась в 1991 году со своим четырехроторным двигателем 787B (фактический рабочий объем 2622 куб. См, оцененный по формуле FIA в 4708 куб. ). Mazda также является самым надежным финишером в Ле-Мане (за исключением Honda, которая представила только три автомобиля только за один год), с финишем 67% участников.

Mazda RX-7 выиграла больше гонок IMSA в своем классе, чем любая другая модель автомобиля, одержав сотую победу 2 сентября 1990 года. После этого RX-7 выиграла в своем классе гонку IMSA «24 часа Дайтоны». Гонки десять лет подряд, начиная с 1982 года. RX7 выигрывал чемпионат IMSA Grand Touring Under Two Liter (GTU) каждый год с 1980 по 1987 год включительно.

Formula Mazda Racing представляет гоночные автомобили с открытыми колесами и двигателями Mazda Wankel, которые можно адаптировать как для овальных трасс, так и для дорожных трасс, на нескольких уровнях соревнований.С 1991 года профессионально организованная серия Star Mazda Series является самым популярным форматом среди спонсоров, зрителей и водителей, стремящихся к более высокому уровню. Все двигатели изготовлены одним изготовителем двигателей, сертифицированы для обеспечения заданной мощности и опломбированы для предотвращения несанкционированного доступа. Они находятся в относительно умеренном состоянии гоночной настройки, поэтому они чрезвычайно надежны и могут работать годами между ремонтами двигателя. ( http://www.starmazda.com/index.html )

Авиационные двигатели

Превосходное соотношение мощности и веса двигателя Ванкеля и его надежность делают его особенно подходящим для использования в авиационных двигателях.К ним проявляли большой интерес в этой роли в 1950-х годах, когда конструкция впервые стала широко известна, но именно в это же время почти вся промышленность перешла на реактивный двигатель, который, как многие считали, будет единственным используемым двигателем. в течение десятилетия. Ванкель страдал от отсутствия интереса, и когда позже стало ясно, что реактивный двигатель был слишком дорогим для всех ролей, мир авиации общего назначения уже настолько сократился, что денег на новые конструкции двигателей было мало.Тем не менее интерес к ним для малой авиации сохраняется.

Первым самолетом с роторным двигателем была экспериментальная гражданская версия Lockheed Q-Star разведывательного QT-2 армии США, в основном планер Schweizer с двигателем, в 1968 или 1969 году. Он был оснащен двигателем Curtiss мощностью 185 лошадиных сил (138 кВт). Роторный двигатель Ванкеля Wright RC2-60.

Aircraft В последние годы Ванкели вернулись. Ни одно из их преимуществ не было потеряно по сравнению с другими двигателями, а внедрение более качественных материалов помогло решить проблему уплотнения наконечника (уплотнение вершины).Они все чаще используются в тех ролях, где важен их компактный размер и тихая работа, особенно в беспилотных летательных аппаратах или БПЛА. Многие компании и любители адаптируют роторные двигатели Mazda для использования в самолетах; другие, в том числе сама Wankel GmbH, производят роторные двигатели Ванкеля, предназначенные для этой цели.

Другое использование

Маленькие двигатели Ванкеля все чаще используются в других целях, например, в картингах, личных плавсредствах и вспомогательных силовых установках для самолетов. Граупнер/О.S. 49-PI — это 5-кубовый двигатель Ванкеля мощностью 1,27 л.с. для использования в авиамоделях, производство которого практически не изменилось с 1970 года; даже с большим глушителем вся упаковка весит всего 13,4 унции.

Простота Ванкеля делает его идеальным для двигателей мини, микро и микромини. Лаборатория роторных двигателей MicroElectroMechanical Systems (MEMS) Калифорнийского университета в Беркли разрабатывает двигатели Ванкеля размером примерно с американский пенни (4-5 мм в диаметре) с рабочим объемом 0.0775 куб. см, и разрабатывает двигатели еще меньшего размера, диаметром около 1 мм, изготовленные из кремния и приводимые в движение сжатым воздухом. Цель состоит в том, чтобы в конечном итоге разработать двигатель внутреннего сгорания, который будет вырабатывать 100 милливатт электроэнергии; сам двигатель будет служить ротором генератора с магнитами, встроенными в сам ротор двигателя.

Крупнейший двигатель Ванкеля был построен компанией Ingersoll-Rand; доступен в версиях с одним ротором мощностью 550 л.с. и с двумя роторами мощностью 1100 л.с., рабочим объемом 41 литр на ротор с диаметром ротора примерно один метр, он был доступен в период с 1975 по 1985 год.Он был создан на основе предыдущей неудачной конструкции Curtiss-Wright, которая вышла из строя из-за известной проблемы со всеми двигателями внутреннего сгорания; фиксированная скорость, с которой движется фронт пламени, ограничивает расстояние, которое горение может пройти от точки воспламенения за заданное время, и, таким образом, максимальный размер цилиндра или камеры ротора, которые можно использовать. Эта проблема была решена за счет ограничения частоты вращения двигателя до 1200 об / мин и использования природного газа в качестве топлива; это было особенно удачно выбрано, поскольку одним из основных применений двигателя был привод насосов на трубопроводах природного газа.

Помимо использования в двигателях внутреннего сгорания, базовая конструкция Ванкеля также использовалась для воздушных компрессоров и нагнетателей для двигателей внутреннего сгорания, но в этих случаях, хотя конструкция по-прежнему обеспечивает преимущества в надежности, основные преимущества конструкции Ванкеля по габаритам и массе над четырехтактным двигателем внутреннего сгорания не имеют значения. В конструкции, использующей нагнетатель Ванкеля на двигателе Ванкеля, нагнетатель в два раза больше двигателя!

Пожалуй, самое экзотическое использование конструкции Ванкеля — система преднатяжителей ремней безопасности Volkswagen New Beetle.В этом автомобиле, когда датчики замедления обнаруживают потенциальную аварию, небольшие взрывные патроны срабатывают электрически, и образующийся сжатый газ подается в крошечные двигатели Ванкеля, которые вращаются, компенсируя провисание в системах ремней безопасности, надежно закрепляя водителя и пассажиров на сиденье. перед любым столкновением.

Ссылки

Внешние ссылки

da:Wankelmotor de: Ванкельмотор fr:Moteur_Wankel это: мотор Ванкеля nl: Ванкельмотор нет: Ванкельмотор es: Мотор Ванкель ja:ロータリーエンジン pl:Silnik z tłokiem obrotowym zh:轉子引擎 sv: Ванкельмотор

Почему роторный двигатель идеально подходит для водородного топлива

Инженерное объяснениеYouTube

Роторный двигатель Ванкеля — мечта инженера.Меньше, легче и проще, чем любой поршневой двигатель, конструкция с вращающимся треугольником может выдавать большую мощность из крошечного блока с минимальным количеством движущихся частей.

Но есть и большие недостатки. Двигатель Ванкеля не сжигает топливо так чисто и эффективно, как поршневой двигатель. Это приводит к грязным выбросам — проблема усугубляется тем, как двигатель сжигает смазочное масло. Технические проблемы роторного двигателя в конечном итоге заставили всех крупных автопроизводителей, кроме Mazda, отказаться от этой конструкции.Даже сейчас Mazda не производит автомобили с роторным двигателем, но нас снова и снова уверяют, что это скоро изменится.

Вот что интересно: Большинство недостатков Ванкеля превращаются в достоинства одним простым изменением. Все, что вам нужно сделать, это поменять топливо с бензина на водород.

Любимый YouTube-ботаник Джейсон Фенске из Engineering Explained здесь, чтобы точно описать, что происходит внутри двигателя Ванкеля, работающего на водороде. Это его второе недавнее видео, в котором исследуется водород как потенциальный источник автомобильного топлива.Оказывается, такая конструкция двигателя идеально подходит для сжигания водорода. Mazda даже построила и продала автомобиль, который воспользовался этим преимуществом, двухтопливный RX-8, который мог на лету переключаться с бензина на водород и обратно. (Он продавался недолго и только в Японии.)

Fenske использует невероятно крутой двигатель в разрезе, напечатанный на 3D-принтере, чтобы точно объяснить, почему роторный двигатель так хорошо сжигает водород, и как будущие автомобили могут использовать это преимущество. Посмотрите полное видео здесь.

Этот контент импортирован с YouTube.Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

А чтобы узнать больше об удивительной модели Ванкеля, которую использует Фенске, посмотрите это видео, снятое несколько недель назад, в котором подробно рассказывается о сборке.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Этот контент импортирован из {embed-name}.Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.