Роторно поршневой двигатель: Роторный двигатель — устройство, принцип работы, плюсы и минусы

Роторный двигатель — устройство, принцип работы, плюсы и минусы

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

Роторный двигатель

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Феликс Ванкель и роторный двигатель. Фото — Kolesa.ru

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).

NSU Spider

По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.

NSU Ro 80

В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX-8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.

Mazda RX-8 Spirit R

Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.

Роторный двигатель

В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Устройство и принцип работы роторного двигателя

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

Роторный двигатель в разобранном виде. Фото — Автостронг-М

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Роторный двигатель Mazda Renesis

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.

Капитальный ремонт роторного двигателя Mazda RX-8. Фото — drive2

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Автор — Александр Гилев.

Роторный двигатель на «Ладах». От «Копейки» до «Десятки»: mexanizm — LiveJournal

Внешне  эти машины ничем не отличаются от обычных, производства ВАЗ, как  классических моделей, так и «зубил». Лишь звук работы мотора несколько  иной, отличался от звука обычных «жигулевских» движков. Но если нужно  было, то роторная «Лада» с лёгкостью могла догнать любую машину,  встречавшуюся на дорогах СССР.

Роторно-поршневой  двигатель серийно на советские машины никогда не устанавливался и  обычным покупателям был недоступен. Небольшие партии автомобилей, с  установленным на них РПД предназначались для спецслужб, это так  называемые «догонялки». 

Бытует  мнение, что разработкой роторно-поршневых двигателей в СССР впервые  занялись на ВАЗе, изучив конструкцию мотора серийной японской Мазды. Эта  японская компания уже в 1970-х серийно производила автомобили с  двигателем Ванкеля. 

В  этой версии правда смешалась с мифом. Исследованиями на тему роторных  двигателей в СССР занимались задолго до того, как был заложен первый  камень в фундамент Волжского автогиганта. Разработки велись и в НАМИ,  правда, основной сферой применения таких моторов видели всё же авиацию.  Но и за «железный занавес» посматривали с интересом, ведь на Западе то и  дело появлялись любопытные решения, наподобие германского NSU Ro-80. 

Поэтому  первопроходцем в теме разработки РПД в СССР Волжский автозавод не был,  но он действительно первым установил такой двигатель на советскую  легковую машину. Да, и правда насчет Мазды, но о прямом копировании там  речи не идет. В ходе испытаний мотора выяснилась масса слабых мест,  устраняя которые, наши конструкторы внесли столько корректировок, что по  итогу получился совсем другой мотор.

Основоположником  концепции РПД является талантливый немецкий изобретатель Генрих  Ванкель. Работы над своим детищем он начал еще в 1920-х годах. Мотором  заинтересовалась BMW, оказывала финансовую поддержку исследователю, но  до коммерческого продукта дело тогда так и не дошло, а там и вовсе  смутные времена в Европе наступили…

Принцип работы РПД. 

Продолжил  Ванкель свои исследования уже после войны, и при поддержке компании  NSU, на автомобили которой предполагалась установка РПД.

На  этот раз почти получилось. В 1963 году появилась роторная версия  знаменитого NSU Prince, вскоре подобным мотором обзавелся и  полноразмерный седан NSU Ro-80, завоевавший в 1968 году почетный титул  Автомобиля года в Европе. 

Двигатель NSU Ro-80. Машина, кстати, переднеприводная.

Несмотря  на столь высокое достижение, автомобили разочаровали владельцев низким  ресурсом капризного мотора и его высокой прожорливостью. Спрос на них  был невысок, за 10 лет производства собрали всего 37 тыс. экземпляров.

Опыт  западных коллег, в том числе и негативный, помог советским инженерам  выработать саму концепцию применения будущего мотора – автоспорт, и  различные «догонялки», где такие факторы как ресурс мотора и его  экономичность были, по сути, не важны.

ВАЗ-21018

Большую  роль в появлении «советского Ванкеля» сыграл В.Н.Поляков, фактически,  под свою ответственность распорядившийся начать работы по разработке  двигателя уже конкретно для применения его на автомобилях ВАЗ.

Опытные  образцы односекционного РПД были готовы в 1976 году, но испытания  показали, что на машины их ставить пока рано, слишком они были «сырыми».  Процесс доводки занял несколько лет, на завод даже сам Ванкель  приезжал, делился своим опытом. 

Впервые  РПД мощностью 70 л.с. под капотом «копейки» оказался в 1982 году.  Машина получила индекс ВАЗ-21018 и одно из неофициальных названий «волк в  овечьей шкуре». Учитывая специфику будущего применения, информации о  машине в прессе было мало, а те скромные крупицы, что просачивались в  советскую прессу, обрастали впоследствии массой мифов и догадок. 

Скромные упоминания о машине в советской прессе. 1985 год.

В  ходе испытаний двигатели ВАЗ-311 один за одним выходили из строя, менее  чем за год они все вышли из строя. По результатам очередной масштабной  работы над ошибками, уже через год появился двухсекционный двигатель  ВАЗ-411 мощностью 120 л.с. 

Этот  двигатель, а так же его более мощная (140 л.с.) версия ВАЗ-413 нашел  применение в машинах КГБ. В основной состав кортежей они не входили,  статус ведь не тот, но, как говорят, всегда были где-то неподалёку, под  видом обычных гражданских машин. Но большая часть машин шла на службу  МВД, в особенности – ГАИ. 

Внешне  эти «заряженные» версии ничем не отличались от обычных патрульных  машин. Ели очень уж хорошо присмотреться к передней части, то за  радиаторной решеткой можно рассмотреть, помимо обычного, еще и масляный  радиатор, которого на обычных «Жигулях» никогда не было. Роторный  двигатель при работе сильно греется.

Чаще всего, советский «Ванкель» ассоциируется именно с «копейкой», иногда еще вспоминают «пятерку», имевшую индекс ВАЗ-21058. 

Небольшие  партии выпускались до 1991 года, в свободную продажу они не поступали, и  даже после распада СССР, с выходом роторной ВАЗ-21079, всё было не так  просто. Отсутствовали необходимые документы, разрешающие её реализацию  населению, ведь необходимыми сертификатами для свободной, коммерческой  реализации машин с таким двигателем завод не обзавелся, учитывая узкую  специфику применения в СССР, сертификаты для розницы просто были не  нужны.

Шли  годы, и лишь в 1997 году любой желающий мог купить новый отечественный  автомобиль с двигателем Ванкеля. Желающих, правда, было немного. О  плюсах, и тем более минусах таких моторов автолюбители, в основной своей  массе, уже знали.

Для  любителей «светофорных гонок» и прочего стритрейсинга способность  «восьмерки» набирать сотню за 8 секунд было большим плюсом, скорость под  200 км/час тоже являлась важным преимуществом (с нарушением ПДД,  естественно), но масса проблем тоже имела вес. 

РПД под капотом ВАЗ-2108

Низкий  ресурс, постоянно текущие сальники, повышенный расход бензина и  капризность не нового мотора не вызывали оптимизма у потенциальных  покупателей из категории тех, кому автомобиль нужен просто что бы  ездить.

В  принципе, эти же проблемы преследовали и зарубежные машины с РПД, из-за  чего те и не получили массового развития, так что в данном случае  упрекать ВАЗ особо не в чем, сама конструкция мотора очень уж  специфична.

Кстати,  в 90-х и начале 2000-х появились роторные модификации ВАЗ 2110 и 2115, к  которым добавлен индекс 91, но большого распространения они тоже не  получили, и в 2004 году работы над совершенствованием РПД на ВАЗе были  свернуты окончательно.  Oldtimer

Роторные двигатели взлетят благодаря нано-технологиям

Российские ученые и инженеры продолжают опытно-конструкторские работы по созданию авиационного роторно-поршневого двигателя (РПД) для использования в составе силовых установок существующих и перспективных летательных аппаратов, включая беспилотные. Подтверждение тому пришло 11 октября, когда Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») выпустил пресс-релиз о расширении списка компаний, привлекаемых к данной теме.

Среди вновь разрабатываемых изделий особое внимание придается «РПД-150Т», который выставлялся на аэрокосмическом салоне «МАКС-2021». ЦИАМ характеризует его как «перспективный российский роторно-поршневой двигатель, который получит наноструктурированное покрытие. Силовой агрегат представляет «двухсекционный роторно-поршневой двигатель блочно-модульной конструкции с системой турбонаддува».

РПД-150Т с воздушным винтом на МАКС-2021

Согласно опубликованному документу, нанесением покрытий на детали макетов и опытных образцов займется АО «Плакарт»: «Применение современных наноструктурированных покрытий, полученных методами газотермического напыления, позволяет снизить стоимость эксплуатации за счет увеличения ресурса и уменьшения удельной массы разрабатываемого двигателя». И это очень важный момент – своеобразная Ахиллесова пята современных роторных двигателей.

РПД-150Т разрабатывается по заказу Минпромторга России на замену импортных поршневых авиационных моторов типа Rotax вариантов «912», «914» и «915» в классе мощности 100-160 л. с. Очевидно, что соответствующее решение идет в русле национальной программы «Импортозамещения». Однако найти достойную альтернативу данным силовым агрегатам будет непросто, поскольку те обладают высокими характеристиками и освоены в массовом производстве.

Вышеупомянутые моторы были разработаны австрийской фирмой BRP-Rotax GmbH & Co KG, находящейся под контролем канадской Bombardier Recreational Products (BRP). «Ротаксы» очень популярны на глобальном рынке, применяются как в авиации, так морской и сухопутной технике, в частности, на амфибиях, снегоходах, «боевых багги» и других автомобилях повышенной проходимости семейства «Can-Am Off-Road vehicles» (типов Maveric, Commander и Defender), BRP c «ротаксами» мощностью 85-120 л.с., закупленных десятками армий мира, включая Великобританию и Казахстан.

Отдельные образцы моторов становились причиной международных скандалов, как, например, в случае со сбитым прошлой осенью над Нагорным Карабахом беспилотным летательным аппаратом BTB2 разработки и производства турецкой фирмы Bayraktar. Среди обломков армянские военные обнаружили остатки Rotax 912 с заводской маркировкой, говорящей о его канадском происхождении. Между тем, условия поставки запрещают Турции ре-экспорт подобной техники без согласия разработчика и производителя, что было нарушено передачей Азербайджану соответствующих БПЛА.

Сразу после обнародования соответствующей информации, Правительство Канады приостановило отправку готовой продукции в адрес фирмы Bayraktar. Однако она как производила, так и продолжает выпуск BTB2, коль скоро «ротаксы» легко купить у посредников на мировых торговых площадках.

Австрийско-канадские силовые агрегаты также ставились на российские ДПЛА типа «Орион», разработанные компанией «Кронштадт». Правда, Rotax 914 использовались только на прототипах, и, по мере расширения производства, уступили место отечественным АПД-120, удивительно похожим на оригинал.

Китайский РПД на Airshow China

Выпуск подобных изделий организован и в других странах, включая Иран, где их также широко используют в качестве силовых агрегатов беспилотной авиационной техники. Например, на ударных ДПЛА типа Shahed-129, которые с успехом применялись в ходе контртеррористической операции на территории Сирийской Арабской Республики. Они показали себя настолько опасными, что Пентагону даже пришлось пару раз отправлять истребители F-15 и F/A-18 на перехват «шахидов», чтобы предотвратить авиаудары по «прикормленным» незаконным вооруженным формированиям в Сирийской пустыне. Слишком высокая активность и боевая эффективность Shahed-129 не нравилась и израильтянам, несколько раз посылавшим свою авиацию для бомбардировки авиабазы Т4, где иранские специалисты хранили и готовили дроны к полетам.

Ободренный успехом «шахидов» в Сирии и других «горячих точках», Иран расширяет спектр национальной программы в области беспилотной авиации, в том числе путем разработки роторных двигателей. Образцы РПД персы показывали на выставках у себя в стране и за рубежом, включая аэрокосмические салоны «МАКС» в подмосковном Жуковском. Кроме того, отдельные элементы подобных силовых агрегатов показывались китайскими специалистами на выставке Airshow China. Специально разработанные для авиационного применения роторно-поршневые двигатели семейства Mistral показывали и австрийцы.

Почему роторное направление привлекает внимание авиационных специалистов в условиях, когда автопроизводители, одно время возлагавшие большие надежды на РПД, прекратили серийный выпуск автомобилей с подобными силовыми агрегатами? Потому, что РПД обладает набором ценных качеств, а именно: сравнительная простота конструкции (малое число компонентов), высокое отношение развиваемой мощности к массе, отличная приемистость и прекрасная работа на высоких оборотах, включая «спортивные режимы».

Недостатков тоже немало, и именно они свели ротор с автомагистралей на обочину. А именно: повышенный расход топлива, неустойчивость на пониженных оборотах, наличие токсичных выбросов в отработанных газах и сравнительно низкий моторесурс. Неоднократные попытки устранить их привели к некоторому улучшению, но кардинальным образом картину не поменяли. Вместе с тем, применительно к беспилотной авиации, РПД и сегодня выглядит привлекательно. Чем, собственно, и объясняется интерес ЦИАМ к работам в данном направлении.

РПД Mistral (Австрия)

Если сторонникам ротора удастся добиться хороших результатов в новых конструкциях, продемонстрировать высокую надежность и ресурс в ходе практической эксплуатации на БПЛА, то мы можем стать свидетелями очередного возвращения РПД на гоночные («для треков»), а потом и серийные автомобили («для улицы»). Подобное развитие событий не исключается фирмой Mazda, дольше всех в мире занимающейся разработкой и производством «двигателей Ванкеля».

Правда, летом 2011 года японцы прекратили серийный выпуск RX-8 – последнего в длинном списке «автомобилей для улицы». Сборка РПД идет лишь на поддержание исправности парка и для специальных проектов для гонок и испытаний. В последние годы Mazda занималась РПД нового поколения, но не для основной, а вспомогательной силовой установки – привода генератора электрического тока для подзарядки аккумуляторных батарей автомобилей с маршевым электрическим мотором.  

Одно время японские автомобили с РПД пользовались высокой популярностью, особенно среди водителей со спортивной и «агрессивной» манерами езды, хорошо продавались в Европе и США. Это подтолкнуло Советский Союз начать собственные проекты в данной области. Центральное конструкторско-экспериментальное бюро мотоциклостроения в Серпухове создало первый рабочий образец РД-250 с чугунным корпусом в 1961 году, затем – более крупный РД-500В.

Они показали себя вполне работоспособными, но от запуска в серию отказались из-за низкого ресурса. С тех пор основные усилия отечественных специалистов направлялись на устранение отмеченного недостатка. На модели РД-501 1973 года нашло применение стойкое к износу и перегреву никель-кремниевое (никасиловое) покрытие алюминиевого корпуса, а ротор двигателя выполнили из спеченного алюминиевого сплава.

Следующим летом на Волжском автомобильном заводе основали Специальное конструкторское бюро по роторно-поршневым двигателям (СКБ РПД) под руководством Б. С. Поспелова. Опытный РПД появился здесь в 1976 году, а еще через пару лет в Тольятти построили малую серию двигателей ВАЗ-311 мощностью 80 л.с. для автомобиля ВАЗ-21018 на платформе серийного ВАЗ 21011.

Параллельно на основе силовых агрегатов СКБ РПД в Серпухове шла работа над вариантами для мотоциклов. При весе 38 кг и объеме 491 см куб. РД-515 развивал мощность 38 л.с. и порой исправно накатывал до 50 тыс. км. Его торцевые уплотнители изготовляли из стали или чугуна, корпус статора делали из алюминия с нанесением никасилового покрытия, представляющего слой никеля со сверхтвердыми частицами карбида кремния.

Основными заказчиками дорожной техники с РПД выступили силовые структуры. МВД и ФСБ эксплуатировали парк «ВАЗов» с РПД-413, РПД-415 и др., что помогло заводу поддерживать данное направление деятельности, накапливать статистику поломок и отказов, выявлять и устранять конструктивные недостатки. На рубеже веков предприятие посчитало возможным реализовать  мало-серийные ВАЗ-2115-91, ВАЗ-2109-91 и ВАЗ 21099-91 с двухсекционными роторными моторами на свободном рынке. При объеме 1,3 литра, ВАЗ-415 развивал мощность 135 л.с. и крутящий момент 18 кг*м.

Согласно данным производителя, при снаряженной массе 1040 кг, ВАЗ-2115-91 развивал максимальную скорость 190 км/ч, разгонялся «до сотни» за 9 секунд, расходуя 12,5 литров АИ-93 в городском цикле. Поскольку разгонный и скоростной потенциал машина могла в полной мере продемонстрировать лишь двигаясь по автотрассе федерального значения, АВТОВАЗ предлагал в качестве опции установку дополнительного бака объемом 39 литров, что вместе с основным обеспечивало запас хода до 800 км. 

Вот что по данному поводу говорится в одном из рекламных буклетов Дирекции по техническому развитию АВТОВАЗа: «С 1997 года в АО «АВТОВАЗ» освоено изготовление автомобилей с РПД малыми партиями. Сохранив внешний облик серийных «Самар», автомобили с РПД по своим скоростным и динамическим показателям не имеют равных среди выпускаемых моделей ВАЗ и не только… Плавная и тихая работа двигателя, простота его технического обслуживания в сочетании с удивительной резвостью на дорогах также выгодно отличают эти автомобили от других. Отсутствие у двигателя газораспределительного механизма, применение бесконтактной электронно-цифровой системы зажигания делает техническое обслуживание автомобиля простым и нетрудоемким».

Завод обещал ресурс РПД на уровне 100-125 тысяч километров. На практике хорошо собранный мотор наезжал не более 30-40 тысяч, после чего уровень компрессии падал до значения, требовавшего капитальный ремонт. Нередко разборка показывала необходимость замены не только уплотнений, но и трущихся деталей ротора, статора и боковых крышек. Причина – высокий износ, появление царапин и деформации (нарушение теплового режима) и так далее.

Декларируемый моторесурс пытались обеспечить внедрением технологий упрочнения рабочих поверхностей лазерным лучом, выжигая сталь по определенному рисунку (в частности, так обрабатывали боковые крышки). Кроме того, предлагались все более высокотехнологичные покрытия уплотнений, — их предполагалось делать из пропитанных медью карбидосталей. По результатам проведенных испытаний, СКБ РПД сделало вывод о целесообразности применения представленных материалов для производства радиальных лопаток, взамен используемого материала марки ТС 270 (ферротик с высоким содержанием карбида титана).

Авиационный РПД ВАЗ-4161

Вместе с тем, недостаточно внимания на производстве уделялось качеству отливок, в результате чего требовалась длительная обработка заготовок на металлорежущих станках. А вот японская Мазда добилась повышения ресурса за счет высочайшей точности изготовления деталей при отлаженной технологии нанесения покрытий. На модели “10A” и “0866” ротора изготавливали отливкой из чугуна, корпус – алюминиевый с хромовым покрытием, при этом алюминий опрыскивался расплавленной углеродистой сталью для увеличения прочности, а уплотнения вершины ротора (апексы) делали из алюминия и углерода.

На модели «12A» 1974 года корпус упрочнялся вставкой листовой стали с хромовым покрытием, от «опрыскивания сталью» отказались. Статор вышел достаточно прочным, и вместо карбоновых уплотнений предпочтения были отданы в пользу обычного чугуна. Словом, перепробовав различные варианты пар трения, «фирмачи» вернулись к чугуну — как к основному материалу для изготовления поверхностей статора и ротора, включая так называемые «апексы» (вершины). А для повышения свойств, при изготовлении крышек роторов выполнялось азотирование.

Вершиной японской линейки роторных «автомобилей для улицы» стала модель RX-8, выпускавшаяся с 2003 по 2011 год. Ее двигатель “13B-MSP-Renesis”, в зависимости от модификации, развивает мощность 192-250 л.с. при выполнении действовавших на тот момент экологических требований к выбросам в атмосферу. В отличие от предыдущей версии  — «13В-REW», турбонаддув не использовался. Ради снижения внутреннего трения, апексы были выполнены уменьшенной высоты и изменена форма боковых уплотнений.   

При всех достоинствах, «Ренесис» все равно обладал всеми характерными недостатками РПД — повышенным расходом топлива и низким ресурсом: пробег до капитального ремонта составлял порядка 60-80 тысяч км, общий – максимум 200 тысяч. Это неплохие показатели для РПД, но существенно хуже, чем у современных поршневых моторов.

Традиционно, РПД требует частую смену свечей зажигания, чувствителен к качеству горюче-смазочных материалов. В процессе эксплуатации на внутренних поверхностях накапливается кокс, что снижает компрессию, а подача масла на трущиеся поверхности ротора и статора затрудняется из-за забивания инжекторов. Уплотнения работают в условиях ограниченной смазки и плохого теплоотвода, для их смазывания приходится дополнительно впрыскивать моторное масло прямо в горячую часть двигателя, что сказывается на экологических показателях.

вертолет «Актай» разработки Казанского Вертолетного Завода с РПД ВАЗ-4265

Итак, Тольятти закрыло работы по РПД на несколько лет раньше Мазды. Дольше всех продержалось авиационное направление. Для сверхлегких летательных аппаратов предлагался односекционный ВАЗ-1187: при массе 47 кг мотор развивал мощность 41 л.с. По сравнению с двухтактными поршневыми двигателями, он обещал снижение расхода ГСМ на четверть. Для пилотируемой авиации изготовили малую партию моторов ВАЗ-426 и ВАЗ-4265 мощностью 270 л.с., при массе 160 кг в редукторном варианте и 145 кг без редуктора. Они были спроектированы в соответствии авиационным правилам АП-33.

Кроме того, на ряд летательных аппаратов, например, летающую лодку Л-6М самарской фирмы «Аэро Волга», ставили два РПД ВАЗ-416, каждый по 180 л.с. Пробовали ставить подобные силовые агрегаты и на продукцию Казанского Вертолетного Завода. Однако ни один из авиационных роторов из Тольятти не нашел широкого распространения.

Одно время казалось, что тема окончательно заброшена. Но в 2019 году ЦИАМ и Фонд перспективных исследований (ФПИ) объединили усилия с целью создать полностью новый РПД на основе материалов следующего поколения — интеркерамоматричных и металлокерамоматричных композитов. Согласно результатам испытаний на опытных образцах, износ элементов, изготовленных из подобных материалов, оказался пренебрежительно мал. Все они сохранили свою работоспособность, подтвердив возможность и перспективность применения композиционных материалов для изготовления наиболее нагруженных и проблемных элементов роторно-поршневого двигателя.

Новое отечественное покрытие, конечно, повысит ресурс двигателя, но как быть с неизбежным образованием и накоплением кокса и повышенным расходом топлива? Очевидно, что создание РПД следующего поколения потребует решения огромной массы накопившихся вопросов по моторам подобного типа. В случае же успеха нас ждет не просто возрождение данного направления двигателестроения, но и вместе с ним — подъем отечественной «малой авиации», включая беспилотную, на новые высоты.

Читайте также материал по теме: Роторные двигатели для авиационных гибридов

Полная или частичная публикация материалов сайта возможна только с письменного разрешения редакции Aviation EXplorer.

Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.

В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля. Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности). На практике можно встретить цилиндр и ротор иных форм.

Составные элементы и принцип работы

Устройство двигателя типа РПД предельно проста и компактна. На ось агрегата устанавливается ротор, который крепко соединяется с шестерней. Последняя сцепляется со статором. Ротор, имеющий три грани, двигается по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости. В результате чего сменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов. Уплотнительные пластины (торцевого и радиального типа) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получаются 3 изолированные камеры разные по объемным размерам. Здесь осуществляются процессы сжимания поступившей смеси горючего и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. На эксцентриковую ось передается круговое движение ротора. Сама ось находится на подшипниках и передает момент вращения на механизмы трансмиссии. В этих моторах осуществляется одновременная работа двух механических пар. Одна, которая состоит из шестерен, регулирует движение самого ротора. Другая — преобразует вращающиеся движение поршня во вращающиеся движения эксцентриковой оси.

Детали Роторно-поршневого двигателя

   Принцип работы двигателя Ванкеля

На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 1,308 см3 – рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;
— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.

Смесеобразование

В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.
Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

1. Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
2. В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание. Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.

Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.

Особенности РПД

Преимущества

Преимущества двигателей роторно-поршневого типа по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:

— Низкие показатели уровня вибрации.
В моторах типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдержать высокие обороты с меньшими вибрациями.

— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своему устройству такой мотор, установленный в машине, позволяет ее разогнать выше 100 км/ч на высоких оборотах без избыточной нагрузки.

— Хорошие показатели удельной мощности при малой массе.
Из-за отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается небольшая масса движущихся частей в РПД.

— В двигателях такого типа практически отсутствует система смазки.
Непосредственно в топливо добавляется масло. Топливно-воздушная смесь сама осуществляет смазывание пар трения.

— Мотор роторно-поршневого типа имеет небольшие габаритные размеры.
Установленный роторно-поршневой мотор позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомашины и лучше рассчитать расположение элементов коробки передач и узлов. Например, четырехтактный двигатель такой же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.

Недостатки двигателя Ванкеля

— Качество моторного масла.
При эксплуатации такого типа двигателей необходимо уделять должное внимание к качественному составу масла, применяемого в двигателях Ванкеля. Ротор и находящаяся внутри камера двигателя имеют большую площадь соприкосновения, соответственно, износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается. Нерегулярная смена масла наносит огромный урон двигателю. Износ мотора возрастает в разы из-за наличия абразивных частиц в отработанном масле.

— Качество свечей зажигания.
Эксплуатантам таких двигателей приходится быть особо требовательным к качественному составу свечей. В камере сгорания из-за ее небольшого объема, протяженной формы и высокой температуры затруднен процесс зажигания смеси. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.

— Материалы уплотнительных элементов.
Существенной недоработкой мотора типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений промежутков между камерой, где сгорает топливо, и ротором. Устройство ротора такого мотора достаточно сложное, поэтому уплотнения требуются и по граням ротора, и по боковой поверхности, имеющей соприкосновение с крышками двигателя. Поверхности, которые подвергаются трению, необходимо постоянно смазывать, что выливается в повышенный расход масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потребить от 400 гр до 1 кг масла на каждые 1000 км. Снижаются экологичные показатели работы двигателя, так как горючее сгорает вместе с маслом, в результате в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.

Из-за своих недоработок такие моторы не получили широкого распространения в автомобилестроении и в изготовлении мотоциклов. Но на базе РПД изготавливаются компрессоры и насосы. Авиамоделисты часто используют такие двигатели для конструирования своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не применяют сложную систему уплотнений в таких моторах, что значительно снижает его себестоимость. Простота его конструкции позволяет без проблем встроить в авиамодель.

КПД роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

1. Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

2. КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

3. Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Современное состояние роторно-поршневого двигателя

На пути массового применения двигателя встали значительные технические трудности:
— отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
— обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
— проектировка и создания конструкции корпусных деталей, которые надежно прослужат весь жизненный цикл работы двигателя без коробления при неравномерном нагрева этих деталей.
В результате огромной проделанной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить почти все наиболее сложные технические задачи на пути создания РПД и выйти на этап их промышленного производства.

Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke. Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.
Между 1964 и 1967 годом произведено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменён на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 выпущено 37398 машин.

Наиболее успешно с данными проблемами справились инженеры фирмы Mazda. Она и остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Доработанный мотор серийно начался ставить на автомобиль Mazda RX-7 с 1978 года. С 2003 преемственность приняла модель Mazda RX-8, она и является на данный момент массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.

Российские РПД

Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам. Исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям начались в 1961 году, соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхозмаша СССР. Промышленное же изучение с дальнейшем выводом на производство данной конструкции началось в 1974 году на ВАЗе. специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Поскольку лицензию купить не было возможности, был разобран и скопирован серийный «ванкель» от NSU Ro80. На этой основе разработали и собрали двигатель Ваз-311, а произошло это знаменательное событие в 1976 году. На ВАЗе разрабатывали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. Удалось решить целый ряд технических проблем связанные с работоспособностью газовых и маслосъемных уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в камере неблагоприятной формы. Свой первый серийный автомобиль ВАЗ с роторным двигателем под капотом представил публике в 1982 году, это был Ваз-21018. Машина внешне и конструктивно была как и все модели данной линейки, за одним исключением, а именно, под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.

Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем

Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы предприняли спасти проект. Уже в 83-ем появились двухсекционные Ваз-411 и Ваз-413 (мощностью, соответственно, 120 и 140 л.с.). Несмотря на низкую экономичность и малый ресурс, сфера применения роторного двигателя всё-таки нашлась – ГАИ, КГБ и МВД требовались мощные и незаметные машины. Оснащённые роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко догоняли иномарки.

С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится. В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин. «Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.

Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414

На данный момент проект по разработке и внедрения отечественного РПД заморожен.

Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.

Не завертелось Что случилось с двигателем Ванкеля и куда он исчез с авторынка: Движение: Ценности: Lenta.

ru

В этом году отмечается полувековой юбилей сразу двух знаковых для истории автомобилестроения моделей. Немецкий NSU Ro 80 и «японка» Mazda Cosmo стали первыми автомобилями с роторным двигателем, подходившими под определение «массовые». Но, увы, изобретенному инженерами фирмы NSU Ванкелем и Фройде новому типу двигателя внутреннего сгорания так и не удалось завоевать мир.

Сложно, но можно

После создания в конце XIX столетия поршневого двигателя внутреннего сгорания прогресс в этой области пошел по пути разработки уже имеющейся концепции. Инженеры создавали все более мощные и совершенные двигатели, но суть оставалась все той же — в цилиндрическую камеру тем или иным способом попадало топливо, образовывавшиеся после сгорания топлива газы толкали поршень. И только в конце 1950-х два немецких инженера, работавшие в известной тогда своими мотоциклами фирме NSU Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, предложили принципиально новую конструкцию.

В их двигателе цилиндры отсутствовали как класс: установленный на валу трехгранный ротор был жестко соединен с зубчатым колесом, входившим в зацепление с неподвижной шестерней — статором. По сравнению с обычным поршневым мотором внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля (как он стал известен по имени одного из создателей) имел меньшие в 1,5-2 раза габариты, большую удельную мощность, меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен), а также — за счет отсутствия коленвала и шатунов — более высокие динамические показатели. Впрочем, были и недостатки, с которыми так и не удалось справиться за все время выпуска автомобилей с роторными двигателями: довольно высокий расход топлива на низких оборотах, повышенное потребление масла и сложность в производстве (из-за необходимости точности геометрических форм деталей).

NSU Spider

Фото: Science Museum / Globallookpress.com

Любопытно, что сам Ванкель не умел водить автомобиль и не имел водительских прав — поскольку с раннего детства страдал сильной близорукостью. Это, впрочем, не помешало ему доработать первоначально мотоциклетный движок под нужды автопрома, и в 1964 году NSU выпустила первый в мире серийный роторный автомобиль — кабриолет NSU Spider на базе заднеприводной модели Sport Prinz. Машина выпускалась ограниченной серией (за три года было собрано 2375 экземпляров) и была довольно дорога, в пересчете на нынешние деньги — около 22 тысяч долларов за двухместную малолитражку длиной 3,6 метра.

Большая жизнь

В 1967 году на рынок вышли сразу две модели с роторными двигателями, ставшие действительно массовыми. NSU представила топовый седан Ro 80, а японская фирма Mazda — спортивное купе Cosmo, первое в полувековой череде машин с двигателем Ванкеля в своей линейке. Немецкая машина, увы, оказалась довольно капризной и «сырой», хотя и была признана «автомобилем года-1968» в Европе. Постоянные рекламации и необходимость дорогостоящего ремонта уже проданных авто привели компанию практически к банкротству — в 1969 году она была куплена концерном Volkswagen и слита в одно подразделение с маркой Audi. Производство Ro 80 тем не менее продолжалось до 1977 года; всего было выпущено более 37 тысяч автомобилей. Передовой для конца 1960-х дизайн кузова, сперва не оцененный потребителями, оказал впоследствии влияние, в частности, на популярную модель Audi 100.

NSU Ro 80

Фото: CPC Collection / Alamy / Diomedia

Кстати, лицензию на «ванкель» купил и СССР. 140-сильным роторным двигателем оборудовались версии вазовских «пятерок» и «семерок» для милиции и КГБ. Внешне они не отличались от серийных машин, но на дороге демонстрировали необходимую резвость. В 1990-е малой серией выпускались и «гражданские» 2108 и 21099 с роторным мотором ВАЗ-415, также абсолютно идентичные по дизайну кузова с «нормальными». Обманчивая внешность породила множество шоферских легенд: неприметная «девятка» вдруг срывалась с места и обгоняла солидный BMW (разгон до сотни у роторной версии занимал 9 секунд, а максимальная скорость достигала 190 километров в час).

Mazda Cosmo L10A

Фото: Wikimedia

Экспериментировали с двигателем Ванкеля и французы из Citroen. Однако модель GS Birotor с двухроторным двигателем вышла на рынок в октябре 1973 года — точно в месяц начала крупнейшего нефтяного кризиса. Машина стоила на 70 процентов дороже стандартной модели GS с четырехцилиндровым мотором, а топлива потребляла больше, чем представительская DS. В результате удалось с большим трудом продать 847 экземпляров, после чего производство было свернуто.

Японский бог

В конечном счете на рынке «ванкелей» осталась только Mazda, продолжавшая совершенствовать двигатель и выпустившая около 20 моделей с роторным двигателем. Инженерам японской компании удалось повысить экономичность и снизить объем токсичных выхлопов (еще одна «врожденная болезнь» роторных двигателей), но даже со всеми усовершенствованиями последняя выпускавшаяся роторная модель, RX-8, не соответствовала нормам Евросоюза. В 2010 году ее прекратили продавать в Европе, а в 2012-м было свернуто производство и для других рынков. Спортивные роторные модели Mazda, однако, за почти полвека производства успели завоевать поклонников во многих странах, включая нашу. Вот что рассказывает о своей RX-8 москвич Олег, автолюбитель со стажем:

«Приобрести RX-8 я решил вовсе не из-за роторного двигателя, а скорее вопреки ему. Но ничего похожего на рынке тогда не было: полноценное четырехместное купе с дверями, которые по старой памяти именуют suicide doors — разве что Rolls-Royce. А еще эти «надбровные дуги» над передними колесами… Однако все, с кем я делился идеей, крутили пальцем у виска: «больше 30 тысяч ротор не ходит», «масла жрет столько же, сколько и бензина», «а бензина — как американский грузовик», «ниже нуля не заводится» и так далее. «Зато не угонят», — решил я. Машина пришла зимой, и первые же недели показали, что перемещение по заснеженной Москве не то что бы совсем невозможно, но требует очень крепких нервов — машина норовила уйти в занос в каждом повороте или забуксовать там, где легко проезжала любая переднеприводная малолитражка. Но, как назло, даже в лютый мороз заводилась исправно. Да и сколько той зимы.

Mazda RX-8

Фото: National Motor Museum / Heritage Images / Getty Images

Снег сошел, и Mazda, наконец, оказалась в своей стихии. Да, масло (каждую тысячу приходилось открывать капот и доливать до рисочки), да, расход (в особенно хорошие дни бывало и больше 20 литров на сотню), но все это компенсировалось возможностью обмануть слух окружающих и, раскрутив двигатель до 9000 оборотов, прикинуться гоночным мотоциклом. Точный руль, задний привод и 230 лошадиных сил превращали любую, еще не изобиловавшую тогда камерами дорогу, в гоночный трек практически без моего участия. Даже стоя под окном, машина, казалось, куда-то ехала. Из-под этого окна, разоблачив тем самым еще один миф, ее и угнали. К тому времени, несмотря на то, что роторного двигателя побаивались даже «официалы», машина прошла 70 тысяч километров без намеков на какие-либо неполадки.

Audi A1 E-Tron Concept

Фото: Adrian Moser / Bloomberg / Getty Images

Хотя производство серийных автомобилей с роторным двигателем прекратилось еще пять лет назад, разработчики, похоже, не собираются навсегда расставаться с «ванкелем». Перспективными в этом смысле представляются гибридные силовые установки — благодаря малому размеру роторно-поршневого двигателя. Так, Audi в 2010 году продемонстрировала в Женеве гибридный прототип A1 e-tron concept с 60-сильным электромотором и двигателем Ванкеля рабочим объемом всего 250 кубических сантиметров, развивающим мощность 20 лошадиных сил и выполняющим фактически функцию генераторной установки.

особенности, преимущества и недостатки моторов

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство… Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем — RX-8.

История создания роторного двигателя

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.

У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

• 
  Роторный двигатель хорош тем, что состоит из куда меньшего числа деталей, чем его конкурент — процентов на 35-40.

• 
  Два двигателя одинаковой мощности — роторный и поршневый — будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше.

• 
  Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.

• 
  Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.

• 
  Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик». Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

• 
  Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

• 
  Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.

• 
  Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.

• 
  Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива, а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода — причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый — приносит меньше вреда экологии.

• 
  Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он «жрет» до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.

• 
  Высокая стоимость — из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.

Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

Агентство по разработке роторных двигателей (REDA) из Мельбурна разработало новый тип противовесов, четырехтактный роторный двигатель, который может работать на различных видах топлива. (Источник изображения: REDA)
 

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

2018-09-24

Уильям Кучински

В прототипе роторного двигателя Сореньи используется шарнирный ромбовидный ротор вместо трехстороннего ротора, используемого в традиционных роторных двигателях Ванкеля.

Роторный двигатель Ванкеля стал идеальным выбором для многих владельцев и операторов небольших винтовых самолетов. По сравнению с обычными поршневыми двигателями роторные двигатели Ванкеля малы, легки и имеют высокое отношение мощности к весу. Они почти не вибрируют, не могут заедать или стучать, и в них меньше движущихся частей (которые могут сломаться). На данный момент сложно улучшить конструкцию Ванкеля; то есть, если вы не рассматриваете возможность изменения формы ротора… на изменяющуюся форму.

Агентство по развитию роторных двигателей (REDA) из Мельбурна разработало новую конфигурацию роторного двигателя — роторный двигатель Сореньи. В то время как статор или неподвижная часть двигателя Сореньи аналогичны двигателю Ванкеля, геометрическая форма ротора двигателя представляет собой ромб, который деформируется при вращении внутри контура статора.

Цикл роторного двигателя Сореньи

Эта геометрия соответствует роторному двигателю с четырьмя камерами сгорания, а не с тремя в традиционном роторном двигателе Ванкеля. Каждый оборот коленчатого вала производит один оборот ротора и полный цикл двигателя в каждой из четырех камер: или четыре рабочих такта. Напротив, двигатель Ванкеля производит один рабочий ход за один оборот коленчатого вала.

Цикл роторного двигателя Ванкеля

Типичный роторный двигатель Ванкеля использует трехсторонний ротор для создания полостей в статоре для бесшовного цикла впуска, сжатия, воспламенения и выпуска. Точка A отмечает одну из трех вершин ротора, точка B отмечает эксцентриковый вал, а белая часть — выступ эксцентрикового вала. (Источник изображения: Y tambe)
 

Согласно REDA, каждый четырехтактный роторный модуль Сореньи эквивалентен восьмицилиндровому поршневому или оппозитному двигателю.

Двигатель Сореньи также более оптимизирован для многороторной конфигурации, чем роторный двигатель Ванкеля, благодаря использованию периферийных портов по сравнению с двигателем Ванкеля, использующим сложные боковые порты. Возможность простой настройки многороторных четырехтактных двигателей может привести к созданию роторных силовых установок, генерирующих мощность, эквивалентную 8-, 16- или 24-цилиндровым поршневым двигателям. Кроме того, разработка стандартизированных модулей может снизить затраты на производство и техническое обслуживание в течение всего жизненного цикла.

Бесплатная скорость

Как правило, двигатели Ванкеля ограничены скоростью ротора 3000 оборотов в минуту (об/мин) из-за чрезмерного изгиба коленчатого вала, вызванного центробежными силами эксцентрикового ротора. В этом отношении двигатель Сореньи не ограничен по частоте вращения, поскольку в нем используется сбалансированный ротор.

Более высокие предельные значения оборотов означают, что двигатель Сореньи имеет более высокую удельную мощность, чем двигатель Ванкеля, что может привести к увеличению дальности полета, выносливости и грузоподъемности самолета. Кроме того, двигатель Сореньи имеет больше места для внутреннего охлаждения ротора и не требует редуктора в самолетах и ​​беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) с большими винтами.

Согласно документу, двигатель Сореньи может работать на бензине, авиационном бензине (авиационный газ), бутане или водороде (поскольку впускные и выпускные отверстия хорошо разделены).

REDA также отметила, что, если будет введена фаза предварительного сжатия, двигатель сможет использовать дизельное топливо, что соответствует военной концепции США «одно топливо» и делает двигатель потенциальным объектом военного применения.
 

Полная информация о конструкции и испытаниях нового двигателя REDA доступна в
Международный технический документ SAE, Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи.

Сокращенная версия книги «Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи» и других технических документов SAE, касающихся двигателей для малых самолетов и БПЛА, доступна в последней книге SAE International So You Want to Design , So You Want to Дизайн Двигатели: Силовые установки БПЛА .

Книга охватывает несколько технологий движения БПЛА, таких как традиционные двигатели на тяжелом топливе, гибридно-электрические архитектуры, распределенные вентиляторы на водородном топливе, вышеупомянутый роторный двигатель Сореньи и экспериментальный плазменный двигатель или разряд диэлектрического барьера.

• Pratt & Whitney получает 437 миллионов долларов на продолжение разработки адаптивного двигателя

• Трехпоточная архитектура двигателя предназначена для военных самолетов следующего поколения

• Lockheed Martin и Arconic сотрудничают в области 3D-печати и передовых аэрокосмических материалов

Уильям Кучински — редактор контента в SAE International, Aerospace Products Group в Уоррендейле, штат Пенсильвания. Ранее он работал писателем в Центре безопасности НАСА в Кливленде, штат Огайо, и отвечал за написание тематических исследований системных сбоев. Его интересы включают буквально все, что связано с космосом, прошлыми и настоящими военными самолетами и двигательными технологиями.

Свяжитесь с ним по электронной почте [email protected] по поводу любой статьи или идеи сотрудничества.

Продолжить чтение »

Небольшой мощный двигатель | MIT News

Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность являются недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые приводят в действие современное оборудование для газонов и садов, такое как воздуходувки и триммеры для газонов.

Но теперь стартап LiquidPiston из Массачусетского технологического института разработал роторный ДВС, который, по его словам, значительно меньше, легче и тише, а также на 20 процентов экономичнее, чем ДВС, используемые во многих таких устройствах с небольшими двигателями.

«Если вы думаете о ручных инструментах — например, о цепной пиле или кусторезе — примерно через полчаса вы больше не хотите их использовать, потому что ваша рука чувствует, что она вот-вот отвалится», — говорит доктор философии Александр Школьник. ’10, президент LiquidPiston и соавтор двигателя. «Наш двигатель вообще не вибрирует и работает намного тише. Это должно быть намного приятнее для пользователя».

Двигатель LiquidPiston объемом 70 кубических сантиметров, X Mini, производит около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об/мин; при весе 4 фунта он также примерно на 30 процентов меньше, чем четырехтактные поршневые ДВС объемом 50 кубических сантиметров, которые он стремится заменить. По словам Школьника, когда он полностью завершен, X Mini может производить около 5 лошадиных сил при 15 000 оборотов в минуту и ​​весить 3 фунта.

Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), разработанному Школьником и его отцом-физиком Николаем, который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и перерасширение для большего извлечения энергии. По словам Школьника, всего с двумя движущимися частями, ротором и валом, и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных двигателях внутреннего сгорания для управления подачей топлива, двигатель также имеет сниженные характеристики шума, вибрации и жесткости.

По словам Школьника, первоначальным применением будет ручная садовая и садовая техника. Но двигатель можно масштабировать и модифицировать для других применений, включая мопеды, дроны, морское энергетическое оборудование, робототехнику, расширители диапазона и вспомогательные силовые установки для лодок, самолетов и других транспортных средств. Компания также продемонстрировала проверку концепции высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других применений. Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.

«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, то увидите, что это 270-килограммовая горилла, для передвижения которой требуется пять человек, — говорит Школьник. «Вы можете себе представить, если мы сможем превратить это в 15-фунтовое устройство, это будет довольно революционно для них».

Школьник представил доклад о X2 и X Mini 19 ноября на конференции и выставке технологий малых двигателей Общества автомобильных инженеров 2014 года в Италии.

Инверсионный двигатель Ванкеля

X Mini представляет собой улучшенную конструкцию и эффективность компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годов и используется сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.

В Ванкеле треугольный ротор со скругленными углами вращается по эксцентричной орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три рабочих такта, где двигатель генерирует силу. В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного закругленного треугольного корпуса.

«Мы перевернули все, что касается традиционного роторного двигателя, и теперь мы можем выполнить этот новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля» для приложений с малыми двигателями, — говорит Школьник.

В двигателе Ванкеля, например, используется длинная камера сгорания (как тонкий полумесяц), что способствует плохой экономии топлива, поскольку пламя не может достичь задних краев камеры и гасится из-за большой площади поверхности камеры. . Камера сгорания X Mini круглее и толще, поэтому пламя охватывает меньшую площадь поверхности.

Впуск воздуха и топлива и выпуск газа в X Mini осуществляются через два отверстия в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах. Асимметричное расположение этих отверстий несколько задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет использовать процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях, — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока не исчезнет давление, что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива. Эта конструкция также обеспечивает «сгорание постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием, — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода времени, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.

«Сгорание топлива в двигателе занимает много времени, — говорит Школьник. «В большинстве двигателей к тому времени, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность из-за процесса сгорания. Мы продолжаем сжигание, пока ротор находится в верхней части камеры, и форсируем сгорание в этих условиях. Так гораздо эффективнее».

Кроме того, в X Mini были перемещены верхние уплотнения, что привело к снижению расхода масла. У Ванкеля верхушечные уплотнения соединяются с краями треугольного ротора, где они скользят и перемещаются. Их смазывание требует подачи в топливно-воздушную смесь большого количества масла, которое сгорает и вытекает, увеличивая выбросы и расход масла. Однако в X Mini эти уплотнения расположены в корпусе треугольной формы, который остается на месте. «Теперь мы можем подавать небольшое количество масла через стационарный корпус, ровно столько масла, сколько требуется уплотнению, и вы не сжигаете масло и не теряете его в окружающую среду», — говорит Школьник.

«Дорожная карта» LiquidPiston

Интерес к робототехнике и искусственному интеллекту привел Школьника в Массачусетский технологический институт в качестве аспиранта в области электротехники и компьютерных наук в 2003 году. В том же году Николай Школьник подал свой первый патент HEHC, и его сын узнал об Конкурс предпринимательства MIT с призовым фондом 50 000 долларов (теперь 100 000 долларов США) в классе, посвященном технологическому предпринимательству. Они объединились со студентами Школы менеджмента Слоана при Массачусетском технологическом институте, чтобы разработать бизнес-план и представить двигатель HEHC на конкурсе 2004 года, где они выиграли приз в размере 10 000 долларов США за запуск LiquidPiston.

Сам конкурс оказался полезным для предпринимателей отца и сына, у которых на тот момент не было опыта стартапа. При составлении подробного бизнес-плана и изучении того, как объяснить их технологию инвесторам, «это действительно показало нам дорожную карту того, что делать, и мы были вынуждены много думать о проблемах, с которыми нам предстояло столкнуться», — говорит Школьник.

В течение следующих шести лет Школьник помогал своему отцу разрабатывать двигатель LiquidPiston вне семейного гаража, используя навыки, которые он оттачивал в группе Robot Locomotion Group Массачусетского технологического института, которую возглавлял Рассел Тедрейк, доцент кафедры электротехники и информатики. «Было много оптимизации, контроля, симуляции и моделирования», — говорит он. «Все те же методы применимы к проектированию двигателя».

Школьник приписывает большую часть разработки LiquidPiston расширенному сообществу MIT. Во время $ 50K венчурный капиталист Билл Фрезза ’76, SM ’78 руководил командой; затем его фирма стала одним из первых инвесторов. Члены команды MIT Sloan Брайан Роуган (MBA ’05), Дженнифер Эндрюс Берк (MBA ’05) и Викрам Сахни (MBA ’05) провели исследование рынка, написали бизнес-план, работали над развитием бизнеса и представили компанию инвесторам.

Наставники из Службы венчурного наставничества Массачусетского технологического института (VMS), в том числе покойный Дэйв Стэлин, основавший VMS, также руководили ростом LiquidPiston, предлагая советы по разработке продуктов, найму и поиску венчурного капитала. (На данный момент компания заработала более 15 миллионов долларов финансирования.)

В 2006 году, проанализировав десятки итераций двигателя, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на создание первого прототипа дизельного двигателя. (Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей для воплощения HEHC.)

Из-за огромного количества отзывов от производителей энергетического оборудования, требующих более легких, тихих и безвибрационных двигателей, LiquidPiston недавно переключилась на X Mini, который она разработан и выпущен в течение последних шести месяцев. Теперь компания заинтересовалась потенциальными клиентами и ведет переговоры с производителями двигателей, заинтересованными в лицензировании технологии X Mini.

«Помимо улучшения существующих приложений двигателя, — объясняет Школьник, — X Mini может включать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны при использовании современных двигателей или аккумуляторов».

В начале следующего года компания планирует провести конкурс, чтобы выяснить у общественности идеи, связанные с этими новыми вариантами использования X Mini. «Мы хотим дать волю творчеству и открыться более широкому сообществу, чтобы увидеть, есть ли что-то интересное», — говорит Школьник.

Ротари против поршней — Журнал DSPORT

T Роторный двигатель Ванкеля: самое ценное предложение Mazda также является источником сотен веселых интернет-мемов. В то время, когда поршневые двигатели внутреннего сгорания были основной технологией, используемой в автомобилях, Mazda решила разработать конкурирующую технологию. В начале 70-х двигатель Rotary приводил в действие почти все автомобили модельного ряда Mazda. Когда случился кризис газа, он все еще использовался в высокопроизводительных автомобилях Mazda. Mazda Rotary обладала преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями, но также обладала огромным списком недостатков. Давайте посмотрим, чем он отличается от поршневого двигателя, а также некоторые его плюсы и минусы.

Текст Bassem Girgis и Jim Mederer // Фото Staff and Racing Beat

ДСПОРТ Выпуск #206

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из блока, кривошипа, шатунов, поршней, головок, клапанов, распределительных валов, системы впуска, системы выпуска и системы зажигания. Все они работают вместе, чтобы преобразовать химическую энергию в механическую энергию, которая позволяет вашему автомобилю двигаться. Внутри блока коленчатый вал соединен с рядом шатунов (в зависимости от того, сколько цилиндров у вашего двигателя), а шатуны прикреплены к такому же количеству поршней. Когда поршни двигаются вверх и вниз, они вращают коленчатый вал с помощью шатунов.

Начиная с поршня в верхней мертвой точке (первый шаг в четырехтактном цикле), впускные клапаны открываются, а выпускные закрыты (открытие и закрытие управляется распределительным валом, который синхронизирован с коленчатым валом с помощью ремень или цепь). Когда коленчатый вал продолжает вращаться, он тянет поршень вниз, всасывая воздух в цилиндры. К тому времени, когда поршень достигает дна, цилиндр уже заполнен воздухом и топливом.

Для завершения полного четырехтактного процесса поршень должен совершить два полных прохода в цилиндре.

Затем поршень начинает двигаться вверх во время такта сжатия. Во время этого такта впускной и выпускной клапаны закрыты. Движение поршня вверх сжимает воздушно-топливную смесь, которая смешивает молекулы воздуха и топлива, когда они сближаются. Этот процесс создает смесь, оптимизированную для сгорания. Как только поршень снова приближается к верхней мертвой точке, свеча зажигания срабатывает, вызывая воспламенение в цилиндре.

Рабочий ход создает управляемое сгорание, вызванное искрой. Сгорание толкает поршень вниз по цилиндру. Давление, создаваемое сгоранием, является движущей силой, которая приводит в движение колеса вашего автомобиля. Когда поршень движется к нижней мертвой точке, выступ выпускного распредвала начинает открывать выпускной клапан, готовясь к последнему такту в четырехтактном цикле.

Когда цилиндр снова начинает подниматься вверх, выпускные клапаны полностью открываются. Это позволяет выхлопным газам выходить из цилиндров, чтобы снова освободить место для следующего четырехтактного цикла. Выхлопные газы выходят через выпускной коллектор, через каталитический нейтрализатор и через выхлопную трубу и глушитель. К тому времени, когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан почти закрыт, а впускной клапан начинает открываться. Затем процесс повторяется.

Роторный двигатель имеет тот же четырехтактный цикл, что и поршневой двигатель, чтобы генерировать мощность на маховике. В отличие от поршневого двигателя, в котором сгорание происходит в цилиндре, роторный двигатель опирается на давление, содержащееся в камере в корпусе, которая герметизирована одной стороной ротора. Два ротора используются вместо поршней. Ротор трехгранный, который вращается вокруг корпуса ротора с помощью эксцентрикового вала. Три стороны изогнуты в виде трех лепестков, а корпус ротора имеет форму грубой восьмерки (8). Когда ротор вращается внутри корпуса, зазор между ротором и корпусом то увеличивается, то уменьшается.

В поршневых двигателях для распредвалов и клапанов используется зубчатый ремень или цепь, а в роторных двигателях используется только цепь для масляного насоса.

Воздух и топливо попадают в корпус ротора по мере увеличения объема между одной из лопастей ротора и стенкой корпуса. По мере вращения ротора и увеличения объема создается вакуум, который втягивает воздух и топливо в корпус. Как только кончик одной из сторон ротора выходит из этой области всасывания, следующая сторона ротора начинает процесс всасывания. Ротор продолжает вращаться до тех пор, пока объем между кулачком ротора и стенкой корпуса не начнет уменьшаться. Это сжимает воздушно-топливную смесь подобно тому, как это происходит в поршневом двигателе, когда поршень движется вверх. Затем сжатая смесь поступает в следующую часть корпуса, где находится свеча зажигания. Свеча зажигания воспламеняет сжатую смесь. В то время как нижняя свеча зажигания воспламеняет большую часть смеси через большее отверстие, верхняя свеча зажигания воспламеняет топливо в меньшем конце камеры сгорания. Воспламененный воздух и топливо сгорают (сгорают с контролируемой скоростью), что приводит в движение ротор по часовой стрелке. Поскольку ротор продолжает вращаться после первого удара, объем между ротором и корпусом увеличивается, что позволяет газам расширяться. Последний шаг — это когда объем уменьшается в последний раз, чтобы вытолкнуть выхлопные газы через выпускные отверстия, прежде чем сделать еще один оборот и снова запустить четырехтактный цикл.

Сгорание — это то, что приводит в действие большинство двигателей. Как роторные, так и поршневые двигатели работают по четырехтактному циклу. Четырехтактный двигатель включает такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Оба двигателя нуждаются в воздухе, топливе и искре для работы.

Все углы поворота указаны для выходного вала (эксцентрикового вала/коленчатого вала), а не для ротора. Оба двигателя сжигают сжатую топливно-воздушную смесь для развития мощности вращения. Оба двигателя четырехтактные.

Ротор вращается вокруг эксцентрикового вала внутри корпуса. Воздух сжимается вместе с топливом, затем вводится искра , и, наконец, выхлоп выходит через выпускное отверстие.

Однако одно большое различие между ними состоит в том, что реципиент имеет 180 градусов за ход (или 4 x 180 = 720 градусов за термодинамический цикл, это два оборота кривошипа для одного полного четырехтактного цикла в цилиндре), в то время как поворотный имеет 270 градусов за «ход» (или 4 х 270 = 1080 градусов за термодинамический цикл, это три оборота кривошипа за один полный оборот ротора). Да, вам, возможно, придется немного подумать об этом, но поверьте нам, это правда.

Для каждого полного ротора производится в два раза больше импульсов мощности, чем для одного цилиндра. Это означает, что 1,3-литровый двигатель выдает в 1,5 раза больше мощности и крутящего момента, чем двигатель аналогичного объема.

Это имеет хорошие и плохие последствия. Предполагая, что оба двигателя имеют одинаковые максимальные обороты, это означает, что у роторного двигателя есть в 1,5 раза больше миллисекунд для выполнения каждого «хода». Это одна из причин, почему ротарианцы так хорошо дышат — у них больше времени (в миллисекундах), чтобы втянуть и выплюнуть смесь.

У них также больше времени для рабочего хода – реальный плюс, позволяющий получить максимальную отдачу от продуктов сгорания, особенно на высоких оборотах. Теперь плохая часть. У ротора также есть в 1,5 раза больше миллисекунд для передачи тепла от горящей смеси к маслу и воде.

Это одна из причин, по которой вращающиеся устройства тратят больше тепла в процессе охлаждения. Другим последствием является то, что если вы рассматриваете только одну сторону одного ротора, ротор получает только 2/3 от количества импульсов мощности, чем реципиент. Однако на самом деле у каждого ротора есть три боковых стороны, каждая из которых находится в разных точках термодинамического цикла, поэтому каждый полный ротор фактически дает в два раза больше импульсов мощности (в 3 раза 2/3), чем одноцилиндровый реципиент. Смущенный? Найдите минутку, чтобы изучить рисунки 2 и 3 и вникнуть во все это. Суть в том, что 1,3-литровый роторный двигатель развивает мощность и крутящий момент в 1,5 раза больше, чем двигатель аналогичного размера. Это как 2,0-литровый поршневой двигатель.

Иными словами, 2-роторный роторный двигатель имеет такое же количество пусковых импульсов, как и 4-цилиндровый ресивер, но поскольку продолжительность каждого пускового импульса составляет 270 градусов, двигатель работает более плавно из-за перекрытия стреляющие импульсы.

Итак, в чем смысл всей этой математики? Ну, смысл в том, чтобы лучше понять, ПОЧЕМУ некоторые вещи так важны для роторного двигателя, особенно теплопередача. Помните, что тепло — это потенциальная мощность, поэтому сохранение тепла в горючей смеси увеличивает мощность, которую вы можете использовать.

К следующему пункту: По сравнению с реципиентом всасываемый заряд (когда он находится внутри двигателя) на самом деле проходит долгий и мучительный путь. На приведенных выше рисунках это показано в деталях.

В реципиенте центр тяжести всасываемого заряда перемещается только на дюйм или два, когда поршень перемещается вперед и назад между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). В роторной машине Mazda заряд перемещается на большое расстояние — около 20 дюймов — от впуска до выхлопа. Одним из плохих результатов является то, что существует много квадратных дюймов поверхности, через которую передается тепло, что снижает тепловую эффективность. Однако есть важный момент: вся масса всасываемого заряда должна пройти через узкую область между корпусом ротора и ротором, поскольку каждая боковая сторона ротора проходит через ВМТ. Это стало возможным благодаря «роторной выемке», отлитой в каждой боковой поверхности ротора — если бы не этот путь, частично сгоревшая смесь никогда не смогла бы протиснуться через узкий зазор между корпусом ротора и ротором ( обычно около 0,010 ~ 0,015 дюйма) при высоких оборотах. Существует грубая параллель с поршнем, который имеет «всплывающий» поршень, который стремится разрезать камеру сгорания надвое в ВМТ. Некоторые рецептуры даже прорезают «огневую щель» (выемку) в середине всплывающей области, чтобы она не мешала распространению фронта пламени в камере. По этой и другим причинам форма углубления ротора очень важна. Он также оказывает большое влияние на определение степени сжатия двигателя, и, как указано во всех учебниках по двигателю внутреннего сгорания, степень сжатия является основным фактором, определяющим мощность и эффективность любого двигателя. Собственно, это и указывает на слабое место ротора — максимальная ПРАКТИЧЕСКАЯ степень сжатия определяется не детонацией (как это принято в рецептах), а способностью горящего заряда проходить через разрежение ротора. Если разрежение слишком маленькое, вблизи задней свечи зажигания создается давление, вызывающее НЕГАТИВНУЮ РАБОТУ! Это может привести к снижению мощности, перегреву задней свечи зажигания и значительному увеличению тепловыделения масла и воды. Таким образом, форма углубления ротора является методом проб и ошибок, чтобы найти наилучший компромисс. Прежде чем мы покинем тему углубления ротора, еще один момент: физическая форма углубления на его передней кромке во многом связана с максимально используемым опережением зажигания. Вы можете понять это лучше, если установите ротор последней модели на 35 градусов BTC, вытащите ведущую свечу зажигания № 1 и посмотрите в отверстие для свечи зажигания. Вы увидите, что изогнутая сторона ротора довольно плотно прилегает к нижней части отверстия свечи зажигания. Если бы в этот момент свеча зажигания воспламенилась, двигатель мог бы дать осечку, потому что фронт пламени мог бы погаснуть (погаснуть) при ударе о поверхность ротора.

Если сейчас повернуть двигатель на 20 градусов BTC, откроется путь для сгорания смеси в разрежении ротора.

Это важная часть причины, по которой почти все двигатели 1974 года и более поздние могут работать с опережением зажигания не более чем на 20-25 градусов при высокой мощности (двигатели более ранних моделей США имели очень длинное, неглубокое углубление, которое позволяло увеличить опережение). Как я объяснял ранее, здесь есть некоторые параллели между роторными двигателями и реципиентами — камера сгорания и конструкция верхней части поршня являются главными проблемами в реципиентах — но есть некоторые отличительные особенности, которые следует учитывать при работе с роторными двигателями.

По правде говоря, вы мало что можете сделать, чтобы изменить форму депрессии сгорания, особенно в двигателях 1989 года и позже с тонкими стенками литья, но вы можете сделать кое-что полезное. Во-первых, вы можете гарантировать, что расстояние от канавки уплотнения вершины до передней кромки углубления сгорания будет одинаковым на всех боковых сторонах всех роторов, чтобы все допускали одинаковое опережение зажигания (отшлифуйте переднюю кромку углубления по мере необходимости).

Затем вы можете попытаться уменьшить теплопередачу в ротор, отполировав углубление сгорания и/или покрыв его «теплозащитным» покрытием (Примечание. ротор может удариться о корпус ротора). Многие реципиентные гонщики делают то же самое с поршнями и камерами сгорания по тем же причинам. Я знаю, что тем из вас, кто не очень хорошо знаком с роторными двигателями, будет нелегко разобраться в этой информации, но если вы не понимаете этих основных понятий, другие вопросы (например, синхронизация портов и опережение зажигания) не будут иметь смысла. позже.

Я дам вам еще один предмет для размышления — свечу зажигания. О зажигании роторных двигателей написаны книги, поэтому я коснусь только одной области — теплового диапазона. Для тех, кто этого не знает, роторные двигатели, как правило, используют очень холодные свечи зажигания, то есть свечи, которые хорошо охлаждают свои электроды через водяную рубашку. Этому есть много причин, но одна из наиболее очевидных заключается в том, что, хотя поршневой двигатель имеет горящую смесь вокруг свечи зажигания в течение номинальных 180 градусов (рабочий ход) из 720 полных градусов (или 25% термодинамического цикла время), роторный двигатель имеет горящую смесь вокруг своей ведущей свечи зажигания в течение примерно 70% времени цикла.

Джим Медерер (1942-2016) поделился с нами своими знаниями о роторных двигателях во втором выпуске Drag Sport в 2002 году, прежде чем мы стали журналом DSPORT. Его наследие будет жить как пионер всех вращающихся вещей. Несмотря на то, что его больше нет с нами, его всегда будут помнить за то, что он проложил путь в разработке роторных двигателей в мире производительности с 70-х годов.

Так как время «охлаждения» очень мало, его необходимо охлаждать через водяную рубашку. На самом деле это не относится к задней свече зажигания — она ​​имеет горящую смесь только в течение 25–30% времени цикла, как в поршневом двигателе. Другие обстоятельства заставляют его получать много тепла, но мы прибережем это до другого раза.

Планер и силовая установка — Роторные двигатели — это те же поршневые двигатели?

$\begingroup$

Я занимаюсь исследованиями в области летательных аппаратов с поршневыми и винтовыми двигателями.

Однако я действительно изо всех сил пытаюсь найти производителей, которые делают «поршневые двигатели».

Например, я наткнулся на Ротрон, но вроде как они делают только Роторные двигатели.

Являются ли роторные двигатели такими же, как поршневые? Если нет, то какие производители производят поршневые двигатели для винтовых самолетов?

• поршневой двигатель
• планер и силовая установка

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Вы описываете двигатель типа Ванкеля, который не является поршневым двигателем, а является типом 4-тактного двигателя с циклом отто.

Они существуют с незапамятных времен (60-е годы) и кажутся идеальной заменой авиационным поршневым двигателям, имея простоту и соотношение мощности и веса, приближающиеся к характеристикам турбины. Вы могли бы подумать.

Но если вы почитаете историю Ванкеля с Mazda и многочисленные попытки установить их в самолетах, вы обнаружите, что они просто пронизаны разочаровывающими ограничениями: 8s были печально известны паршивой экономией топлива).

Было много попыток сделать авиационные двигатели из мультироторных Мазд, и они летали, но в конечном итоге от них отказались из-за технических проблем (не говоря уже об оглушающем уровне шума — я видел в Ошкоше двигатель Вана RV-4 с двигателем RX7). в 90-х — ух какой грохот делал, даже с глушителем).

Roton — еще один случай, когда кто-то наткнулся на конфигурацию и попытался обойти ограничения двигателя. Простота конфигурации и потенциальная надежность просто заманчивы.

Тем не менее, есть что-то новое под солнцем, с новой вращающейся конструкцией, которая может быть ответом.

Что касается пропеллеров, то тут куча пропеллеров.

$\endgroup$

10

$\begingroup$

Хотя двигатель Ванкеля обычно называют роторным двигателем, на заре авиации существовал роторный двигатель (который был поршневым двигателем), который имел много общих характеристик с радиальным двигателем, с самым большим отличием в том, что коленчатый вал был неподвижен, а картер вращался. Вот еще информация:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Rotary_engine

$\endgroup$

$\begingroup$

pic source

Роторно-поршневые двигатели производятся до сих пор. В Википедии о них написано следующее:

.

Роторный двигатель представляет собой стандартный двигатель с циклом Отто, в котором цилиндры расположены радиально вокруг центрального коленчатого вала, как и в обычном радиальном двигателе, но вместо фиксированного блока цилиндров с вращающимся коленчатым валом коленчатый вал остается неподвижным, а весь блок цилиндров вращается вокруг Это.

Фотография сделана компанией, которая производит реплики двигателей Gnome, и в этой статье упоминается о производстве реплик Le Rhône и Oberursel. Роторно-поршневые двигатели найти легко!

$\endgroup$

1

$\begingroup$

См. ответ JohnK для объяснения роторных двигателей.

Самыми известными производителями поршневых авиационных двигателей на сегодняшний день являются Lycoming, Continental и Rotax.

$\endgroup$

0

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Возрождение роторных двигателей

Благодаря усовершенствованиям в области типов топлива и конструкции двигателей, роторные двигатели могут вернуться. Глобальное потепление, ограниченное количество ископаемого топлива и автомобильное загрязнение — актуальные проблемы, требующие современных решений. Роторные двигатели, оснащенные усовершенствованиями, могут быть частью решения этих проблем. Новым приоритетом для многих автомобильных компаний является разработка автомобилей с уменьшенным расходом топлива и минимальными выбросами. Роторные двигатели могут предложить улучшенные характеристики в этих областях по сравнению с традиционными поршневыми двигателями. В этой статье обсуждаются роторные двигатели, их преимущества и недостатки, а также описывается технология двигателей, которая потенциально может позволить роторным двигателям сыграть решающую роль в автомобилестроении будущего.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель, также известный как двигатель Ванкеля, представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется ротор треугольной формы в овальной камере, как показано на рис. 1. Треугольный ротор имеет три выпуклые стороны, каждая из которых действует как поршень. Вершина каждой грани имеет металлическую пластину, которая образует уплотнение с внутренней стенкой камеры сгорания, как показано на рисунке 2. Внешний корпус ротора имеет форму овала, а именно эпитрохоиды. Эта эпитрохоидальная форма позволяет трем концам или вершинам ротора всегда находиться в контакте с камерой. Эти уплотнения создают внутри камеры три герметичных объема газа.

Каждая секция корпуса предназначена для одной из четырех стадий процесса сгорания: впуск, сжатие, сгорание и выпуск (см. рис. 1). В корпусе расположены впускные и выпускные отверстия. Впускной порт соединяется с дроссельной заслонкой, а выпускной порт соединяется непосредственно с выхлопом. Нет шатунов и впускных/выпускных клапанов. Выходной вал роторного двигателя имеет круглые выступы эксцентричной формы. Ротор давит на эти лепестки, когда ротор движется по своему пути внутри корпуса. Из-за эксцентричного расположения кулачков по отношению к выходному валу сила, прикладываемая ротором к кулачкам, создает крутящий момент. Это заставляет выходной вал вращаться и генерировать мощность.

Преимущества роторных двигателей

Одним из основных преимуществ роторных двигателей по сравнению с обычными поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением является то, что роторные двигатели имеют более простую общую конструкцию. Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей по сравнению с четырехтактным поршневым двигателем, который включает в себя клапаны, клапанные пружины, шатуны, поршни, зубчатые колеса, зубчатый ремень, распределительный вал и коленчатый вал. С другой стороны, роторный двигатель с двумя роторами будет иметь только три движущихся части — выходной вал и два ротора. Меньшее количество движущихся частей в двигателе означает более высокий потенциал надежности.

Еще одним преимуществом роторных двигателей перед поршневыми является более плавный рабочий цикл. Все движущиеся части роторного двигателя постоянно вращаются в одном направлении. Роторные двигатели также содержат противовесы, которые вращаются с определенной скоростью, подавляющей вибрацию. Поршни в обычном поршневом двигателе энергично движутся в разные стороны. Следовательно, роторные двигатели демонстрируют меньшую вибрацию и более плавную работу в целом. Плавность движения роторного двигателя желательна для автомобилей и пассажиров.

Дополнительным преимуществом роторных двигателей является более высокая эффективность двигателя по сравнению с поршневыми двигателями. Например, однороторный роторный двигатель обеспечивает мощность 75% каждого оборота выходного вала. Одноцилиндровый поршневой двигатель выдает мощность только за 25% каждого оборота коленчатого вала. Следовательно, роторные двигатели имеют более высокую выходную мощность за цикл сгорания. Роторные двигатели также имеют больший массовый коэффициент, более сильный поток топливно-воздушной смеси и требуют меньшего обслуживания, чем поршневые двигатели. Роторные двигатели имеют более высокое отношение мощности к весу, чем поршневые двигатели, поэтому роторные двигатели обычно легче и мощнее.

Недостатки роторных двигателей

Хотя роторные двигатели имеют много преимуществ по сравнению с обычными поршневыми двигателями, недостатки традиционных роторных двигателей препятствуют их широкому использованию. Хотя роторный двигатель был впервые изобретен в 1929 году немецким инженером Феликсом Ванкелем, он не смог стать широко используемым типом двигателя из-за плохой экономии топлива и высокого уровня загрязнения. В результате роторные двигатели не получили большой популярности в современных транспортных средствах, а поршневой двигатель стал основным типом используемого двигателя.

Одним из основных недостатков обычных роторных двигателей является высокий удельный расход топлива. Хотя теоретически они более эффективны, на практике роторные двигатели имеют более высокий удельный расход топлива, чем традиционные двигатели. Частично это происходит из-за износа верхних уплотнений, которые препятствуют надлежащей герметизации полостей двигателя, что приводит к утечке топлива и воздуха из одной полости в другую. Негерметичность верхних уплотнений является распространенной проблемой для обычных роторных двигателей. Это минимизирует максимальное давление и увеличивает расход топлива.

Еще одним фактором, вызывающим высокий расход топлива роторных двигателей, являются длинные и узкие камеры сгорания. Длинная камера сгорания снижает термодинамический КПД двигателя. Это приводит к тому, что роторным двигателям требуется больше топлива, чем поршневым двигателям.

Вторым основным недостатком является то, что роторные двигатели сильно загрязняют окружающую среду по сравнению с поршневыми двигателями. Роторные двигатели могут иметь низкокачественное сгорание, что приводит к проблемам с выбросами, особенно с высоким уровнем выбросов окиси углерода и углеводородов. Высокий уровень образования парниковых газов и токсичных выбросов роторных двигателей обусловлен несколькими аспектами.

Одна из причин заключается в том, что не полностью сгоревший газ может выделяться из камеры сгорания в виде выбросов углеводородов и угарного газа. Другая причина заключается в том, что эффект гашения из-за большого отношения поверхности к объему камеры сгорания приводит к выбросу большого количества углеводородов. Третья причина заключается в том, что несгоревший газ, просачивающийся из верхних уплотнений в выхлопную систему, является источником выбросов углеводородов и угарного газа.

Хотя механическая конструкция роторных двигателей позволяет получить более высокую удельную мощность и производительность на высоких скоростях, форма камеры сгорания и проблемы с уплотнением роторного двигателя могут выделять больше углеводородов и угарного газа, чем поршневые двигатели.

Снижение уровня выбросов и улучшение топливной экономичности являются основными изменениями, которые необходимо внести в роторные двигатели, чтобы облегчить их широкое практическое применение. Как правило, производительность роторных двигателей ухудшается, когда в них используется жидкое топливо, такое как бензин. Относительно низкая скорость пламени бензина и других обычных жидких топлив может вызвать неполное сгорание из-за большого расстояния, которое пламя должно пройти в роторных двигателях. Большое расстояние гашения бензина в роторных двигателях также препятствует способности пламени достигать более узких участков на концах ротора и стенке камеры сгорания. Выбросы несгоревших углеводородов образуются в стенке камеры сгорания и других холодных поверхностях из-за гасящего действия высокого отношения поверхности к объему на задней поверхности двигателя.

В результате роторный двигатель должен потреблять большое количество топлива. Это создает чрезмерные выбросы загрязняющих веществ при работе на бензине, особенно при высокой скорости и нагрузке. Многообещающим решением этих проблем экономии топлива и токсичных выбросов является улучшение процесса сгорания. Длинная камера сгорания и высокая рабочая скорость роторных двигателей требуют топлива с высокой скоростью пламени, которое легко испаряется. Улучшение свойств топлива является возможным подходом к повышению производительности роторных двигателей.

Возможные усовершенствования роторных двигателей

Одним из способов превратить недостатки роторных двигателей в преимущества является использование водорода в качестве топлива. Водород имеет низкую минимальную энергию воспламенения (MIE), что означает, что для воспламенения водорода в воздухе требуется очень небольшое количество энергии. MIE газообразного водорода в воздухе составляет всего 0,019 мДж, в то время как MIE других горючих газов, таких как бензин, пропан и этан, составляет 0,1 мДж. Энергия воспламенения водорода еще ниже в чистом кислороде со средним MIE ниже 0,004 мДж. Водород также имеет относительно высокую скорость пламени, что означает, что водород обладает характеристиками, необходимыми для хорошей работы роторных двигателей. Многие из этих преимуществ могут быть реализованы за счет использования бензина с водородной примесью.

В исследовании, проведенном для изучения сгорания и выбросов водородных бензиновых роторных двигателей, было установлено, что роторные двигатели, работающие на водородном топливе, работают более эффективно, чем роторные двигатели, работающие только на бензине. Среднее эффективное давление тормоза, тепловой КПД, температура цилиндра и давление сгорания роторного двигателя были одновременно увеличены после того, как объемная доля водорода во впуске была увеличена с 0% до 5,2%. Использование топлива с водородной примесью также привело к сокращению периодов развития и распространения пламени. Выбросы углеводородов, окиси углерода и двуокиси углерода были снижены при увеличении объемной доли водорода во впуске. При увеличении объемной доли водорода во впуске с 0% до 5,2% выбросы углеводородов снизились на 44,8%. Это показывает, что включение водорода в топливо, используемое для роторных двигателей, может уменьшить количество производимых выбросов и повысить эффективность роторных двигателей.

Чтобы максимизировать производительность водородных роторных двигателей, следует рассмотреть конструкцию треугольных роторных двигателей и эллиптических роторных двигателей. Треугольные роторные двигатели представляют собой традиционные роторные двигатели Ванкеля с ротором треугольной формы. Эллиптические роторные двигатели содержат ротор цилиндрической формы, который вращается внутри цилиндрической камеры корпуса. В одном исследовании было проведено количественное исследование для сравнения свойств поля внутреннего потока треугольных роторных двигателей и эллиптических роторных двигателей. Для каждого из двух типов двигателей были созданы трехмерные модели анализа жидкости на основе геометрической формы их роторов. Эти модели были разработаны с использованием вычислительной гидродинамики, в которой предполагалось, что жидкостями являются воздух и водород, и пренебрегали тепловыми эффектами и горением для более простого моделирования. Модель анализа жидкости, которая имитировала поток водорода через треугольные и эллиптические роторные двигатели, показала, что коэффициент флуктуации газового момента и коэффициент флуктуации скорости потока были выше для эллиптических роторных двигателей, чем для треугольных роторных двигателей. Это показывает, что треугольные роторные двигатели имеют меньше колебаний и поэтому более стабильны, чем эллиптические роторные двигатели.

Другим преимуществом, которое продемонстрировали треугольные роторные двигатели в этом исследовании, было то, что они были менее подвержены утечкам, имели меньшее рассеивание энергии и меньшую эффективность выхлопа и всасывания по сравнению с эллиптическими роторными двигателями. Треугольные роторные двигатели также имеют более простой путь потока топлива и более стабильный поток, чем эллиптические двигатели. Хотя было показано, что треугольный роторный двигатель имеет эти преимущества перед эллиптическими роторными двигателями, эллиптический двигатель действительно превосходил треугольный роторный двигатель в некоторых категориях. Например, было обнаружено, что вихревое число выше в эллиптических роторных двигателях, чем в треугольных роторных двигателях, что указывает на то, что эллиптические двигатели имеют более высокую эффективность сгорания. Эллиптические двигатели также производили меньше выхлопных газов, чем треугольные роторные двигатели. Преимущества и недостатки каждой конструкции роторного двигателя следует учитывать при реализации этих двигателей в реальных приложениях.

Одним из факторов, который можно изменить для улучшения характеристик роторных двигателей, является положение свечи зажигания. Оптимальное положение свечи зажигания может способствовать максимально эффективному сгоранию роторных двигателей с минимальными выбросами. Одно исследование было проведено для изучения влияния положения свечи зажигания на выбросы и сгорание водородного роторного двигателя Ванкеля. Были протестированы два положения свечи зажигания: ведущая свеча зажигания и задняя свеча зажигания. Из-за сложности сжигания длинной камеры в роторном двигателе используются две свечи зажигания в каждом корпусе. Нижняя свеча зажигания называется «ведущей» свечой зажигания, а верхняя — «замыкающей» свечой зажигания (см. рис. 6). Было обнаружено, что ведущая свеча зажигания лучше подходит для роторных двигателей Ванкеля, работающих на водороде, чем задняя свеча зажигания. Ведущая свеча зажигания позволила роторному двигателю иметь более высокий максимальный тормозной момент, лучший выброс оксида азота, более широкий диапазон воспламенения и более низкие циклические колебания.

Например, максимальный тормозной момент задней свечи зажигания оказался равным 31,2 Нм. Это всего 87% от максимального тормозного момента ведущей свечи зажигания, который составлял 36,0 Нм. Это показывает, что ведущая свеча зажигания приводит к большей мощности тормозной системы. Это исследование также показало, что использование переднего положения свечи зажигания привело к более высокой тепловой нагрузке и меньшим циклическим колебаниям, чем при использовании заднего положения свечи зажигания. Таким образом, установка ведущей свечи зажигания в водородных роторных двигателях, скорее всего, улучшит функциональные характеристики двигателя.

Другим фактором, который можно использовать для улучшения текущей конструкции роторных двигателей, является момент зажигания. Исследование, посвященное времени зажигания, позволило сравнить влияние опережающего и замедленного момента зажигания на работу водородно-бензинового двухтопливного роторного двигателя. Это исследование показало, что усовершенствованная синхронизация зажигания имеет множество преимуществ. Экспериментальные результаты показали, что для определенного объемного процента водорода опережающее время зажигания приводило к увеличению пикового давления сгорания и температуры в камере сгорания, а тепловой КПД тормозов сначала увеличивался, а затем уменьшался. Увеличение момента зажигания также увеличило период развития пламени и уменьшило период распространения пламени и температуру выхлопных газов. Кроме того, увеличение опережения зажигания также уменьшило циклическую изменчивость двигателя. Это означает, что улучшенная синхронизация зажигания привела к меньшим случайным колебаниям в поле потока двигателя.

Однако одним из основных преимуществ искрового зажигания с отсроченным зажиганием было то, что выбросы углеводородов и оксидов азота были снижены по сравнению с усовершенствованным искровым зажиганием. Следовательно, эти эффекты должны быть сопоставлены с общей конструкцией двигателя при разработке усовершенствованного роторного двигателя.

Обогащение кислородом — еще один способ улучшить роторный двигатель. Было показано, что увеличение количества кислорода, подаваемого в цилиндры двигателя, повышает эффективность сгорания и снижает выбросы твердых частиц. Добавление избыточного кислорода к топливно-воздушной смеси, используемой для сгорания в роторном двигателе, также приводит к более широкому диапазону воспламеняемости, более высокой скорости пламени и увеличению мощности двигателя. Эти результаты были получены в ходе исследования, направленного на изучение потенциальных улучшений сгорания в роторном двигателе уменьшенного размера за счет обогащения всасываемого кислорода. Исследование также показало, что присутствие кислорода во впускном воздухе двигателя оказывает сильное влияние на увеличение объема сгорания и развитие пламени.

Кроме того, увеличение содержания кислорода во всасываемом воздухе двигателя привело к повышению пикового давления. Это привело к быстрому периоду сгорания двигателя, что повысило эффективность сгорания и эффективность тепловыделения. Эти улучшения также привели к снижению токсичных выбросов. Также наблюдалось существенное снижение образования окиси углерода, сажи, несгоревших углеводородов и окиси азота при наличии смеси с более высоким содержанием кислорода. Это конкретное исследование показало, что объем всасываемого кислорода 30% и избыток воздуха в соотношении 1: 1 позволили роторному двигателю уменьшенного размера работать с максимальной производительностью при минимальных выбросах. При реализации роторного двигателя важно учитывать оптимальный объем кислорода и коэффициент избытка воздуха. Чтобы определить, какими должны быть объем кислорода и коэффициент избытка воздуха для определенного роторного двигателя, следует учитывать свойства сгорания и уровни выбросов.

Одной из успешных новых конструкций роторных двигателей, которая была разработана и испытана в 2019 году, был малогабаритный роторно-поршневой двигатель с оппозитными поршнями или двигатель ORP. Этот двигатель ORP использовал типичный четырехтактный принцип. Этот тип двигателя обещает обеспечить меньший углеродный след, снижение шума, более плавную подачу мощности и возможность использовать несколько видов топлива. Было обнаружено, что он имеет более низкий уровень выбросов выхлопных газов и более высокий тепловой КПД, чем обычные роторные двигатели Ванкеля, потому что конструкция двигателя ORP не имеет узкой камеры сгорания, как типичные двигатели Ванкеля. Двигатель ORP имеет неэксцентрическую конструкцию, которая снижает скорость холостого хода, а также расход топлива по сравнению с типичными роторными двигателями и поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением. Двигатель ORP также имеет цилиндрическую камеру сгорания, что привело к повышению тепловой эффективности тормозов и снижению выбросов по сравнению с роторным двигателем Ванкеля и традиционными поршневыми двигателями. Кроме того, этот новый двигатель ORP достиг более высокой выходной мощности за цикл сгорания, чем роторные двигатели Ванкеля и обычные поршневые двигатели. Конструкция этого малогабаритного двигателя ОВП показана на рис. 7.9.0006

Внедрение роторных двигателей

Чтобы внедрить конструкцию двигателя ORP в реальное приложение, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы успешно увеличить размер малогабаритной конструкции двигателя и определить, какие факторы могут повысить эффективность двигателя. Двигатель ORP является возможной альтернативой нынешним поршневым двигателям с возвратно-поступательным движением и расширителям диапазона, используемым в гибридных транспортных средствах, поскольку двигатель ORP обладает всеми преимуществами, которые роторный двигатель Ванкеля имеет по сравнению с поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением, а также имеет более высокий тепловой КПД и более низкий уровень выбросов, чем традиционные. Роторные двигатели Ванкеля. Двигатель ORP также может использоваться в гибридных транспортных средствах, использующих водород в качестве топлива. Использование водорода в качестве топлива в двигателях ORP позволит гибридным автомобилям иметь повышенную выходную мощность, высокую эффективность сгорания и тепловую эффективность, а также высокую удельную мощность.

Роторные двигатели можно легко внедрить в гибридную архитектуру, где энергия двигателя идет на поддержание заряда аккумуляторной батареи. Например, гибридные транспортные средства, работающие на сжатом воздухе и электричестве, в которых используется система накопления энергии на сжатом воздухе (CAES), являются многообещающим применением роторных двигателей. Эти гибридные пневматическо-электрические транспортные средства способны преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства посредством торможения в сжатый воздух. Затем этот сжатый воздух может храниться в резервуаре для хранения в транспортном средстве для повторного использования во время транспортных операций, таких как запуск двигателя, ускорение и движение. Детандеры и компрессоры Ванкеля также могут быть внедрены в такие автомобили.

Роторные детандеры и компрессоры Ванкеля играют важную роль в выработке электроэнергии гибридными транспортными средствами, работающими на сжатом воздухе и электричестве, и, как было показано, приводят к значительному сокращению выбросов парниковых газов. Детандеры и компрессоры Ванкеля имеют много преимуществ по сравнению с обычными расширителями и компрессорами. Детандеры Ванкеля имеют повышенную компактность, меньшую вибрацию, пониженный уровень шума и меньшую стоимость по сравнению с традиционными расширителями и компрессорами. В одном исследовании уже были созданы эффективные детандер и компрессор для гибридного автомобиля, работающего на сжатом воздухе и электричестве, в котором использовался роторный двигатель Ванкеля. В этом исследовании были проведены испытания, в ходе которых изменялись значения таких параметров, как начальная скорость транспортного средства, вес транспортного средства, время торможения и размер бака, чтобы проверить эффективность гибридной системы Ванкеля. Максимальная эффективность энергосбережения, достигнутая этой системой Ванкеля, составила около 77%, а мгновенная эффективность системы была достигнута на уровне 85%.

В гибридных конфигурациях, таких как системы CAES, в ближайшем будущем могут быть реализованы роторные двигатели. В настоящее время эти гибридные конфигурации хоть и перспективны, но не используются из-за расхода, связанного с двигателем и необходимой доочисткой. Однако, учитывая простоту роторных двигателей и возможную оптимизацию выбросов, гибридный вариант с использованием роторного двигателя может быть финансово осуществимым. В этой конфигурации двигатель должен работать в ограниченных условиях, избегая переходных процессов, вызывающих проблемы в гибридных двигателях. Между тем, он предлагает легкую, компактную и надежную альтернативу обычным двигателям.

Внедрение улучшенных роторных двигателей в передовые технологии будет иметь безграничные возможности. Из-за своих преимуществ роторные двигатели рассматривались для использования в различных приложениях. Роторные двигатели могут быть использованы для улучшения крейсерской способности электромобилей с батарейным питанием из-за их легкого веса и низкой вибрации. Роторные двигатели использовались в других приложениях, таких как электрические пилы, расширители сжатого воздуха и моторные сани, а также снегоходы из-за их небольшого размера и легкого запуска при низких температурах.

Роторные двигатели использовались в серийных транспортных средствах, и они могут получить более широкое распространение по мере разработки и выпуска новых транспортных средств. Например, Mazda успешно внедряет роторные двигатели в свои автомобили с 1960-х годов. Mazda впервые разработала автомобиль с роторным двигателем Ванкеля в 1967 году, когда компания выпустила Cosmic Sport. В 1970-х годах почти половина автомобилей компании производилась с роторными двигателями Ванкеля, а в серийных спортивных автомобилях, таких как RX-7 и RX-8, использовался известный роторный двигатель Mazda. Хотя производство RX-8 было прекращено в 2012 году, Mazda работает над тем, чтобы вернуть в свои автомобили роторные двигатели. Концептуальный спортивный автомобиль Mazda RX-Vision был представлен компанией в 2015 году и может быть запущен в производство в будущем. Кроме того, компания недавно выпустила свой MX-30 EV 2022 года и гибридный автомобиль с подключаемым модулем. Этот автомобиль с роторным двигателем в настоящее время находится на рынке и доступен для покупки в Европе и Калифорнии прямо сейчас.

MX-30 2022 года — это полностью электрический автомобиль с вращающимся расширителем диапазона. Несмотря на то, что этот автомобиль имеет расчетный диапазон EPA только в 100 миль при полной зарядке, производство этого электрического роторного двигателя является важным шагом на пути к разработке передовых транспортных средств, работающих на возобновляемых источниках энергии и роторных двигателях. Это знаменует собой важную веху в возрождении роторного двигателя Ванкеля и новом применении роторных двигателей в гибридных транспортных средствах. В будущем роторные двигатели могут быть использованы в большем количестве электрических и гибридных транспортных средств.

Заключение

Усовершенствованный современный роторный двигатель произведет революцию в автомобильной промышленности. Этот тип двигателя позволит разработать автомобили с уменьшенным расходом топлива и минимизированными выбросами. Двигатели будут иметь более простую и легкую конструкцию, но при этом будут более мощными. Усовершенствования, такие как водородное топливо, обогащение кислородом, расположение свечей зажигания и синхронизация свечей зажигания, позволят роторным двигателям стать более эффективными и безопасными для окружающей среды. В то время как поршневые двигатели производят меньше загрязнения с помощью современных технологий по сравнению с роторными двигателями, эти достижения могут дать роторным двигателям преимущество. Роторные двигатели не следует отбрасывать как технологию прошлого. Скорее, их следует улучшать и использовать в более широком масштабе для обеспечения более эффективных и экологически чистых транспортных средств.

Авторы

Доктор Радж Шах — директор компании Koehler Instrument Company в Нью-Йорке, где он проработал последние 27 лет. Он является избранным членом своих коллег в IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSTMC, Институте физики, Энергетическом институте и Королевском химическом обществе.

Доктор Викрам Миттал, доцент Военной академии США на кафедре системной инженерии. Он получил докторскую степень в области машиностроения в Массачусетском технологическом институте, где исследовал значение октанового числа в современных двигателях. Его текущие исследовательские интересы включают проектирование систем, проектирование систем на основе моделей и современные технологии двигателей.

Г-жа Алия Каушал — студентка инженера-химика из SUNY, Университет Стони Брук, где докторская степень. Шах и Миттал входят во внешний консультативный совет директоров.

Поворотный против. Поршневой двигатель — плюсы и минусы — Rx Mechanic

Большинство автолюбителей считают, что традиционные поршневые двигатели — единственный тип двигателя, используемый в автомобилях.

Хотя это предположение сохранялось в течение долгого времени, важно отметить, что в то время также был популярен другой тип двигателя, известный как роторный двигатель.

Роторные двигатели были сконструированы иначе, чем обычные поршневые двигатели. Тем не менее, они оба имеют свою уникальность. Эта статья направлена ​​на выявление основных различий между этими двумя двигателями, а аргументированная статья о роторных и поршневых двигателях предоставит вам необходимую информацию.

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель — это уникальный тип двигателя, построенный с радиальной компоновкой и работающий с нечетным числом цилиндров. Двигатель имеет длинную камеру сгорания уникальной формы и две свечи зажигания. Практически все части двигателя предназначены для вращения; отсюда и название – роторный двигатель.

Процесс сгорания в двигателе запускается свечами зажигания, которые запускают воздушно-топливную смесь для создания достаточного давления, чтобы толкать ротор дальше. Ротор вращается за счет расширения взрывающегося газа для выработки энергии.

Двигатель также упоминается как двигатель Ванкеля, который был придуман от имени изобретателя – Феликс Генрих Ванкель. Немецкий инженер-механик изобрел роторный двигатель в 1954 году как альтернативу обычному поршневому двигателю внутреннего сгорания.

Ванкель и другие, которые моделировали его работу, представили другой режим работы для питания системы внутреннего сгорания роторного двигателя. Однако у изобретения было несколько плюсов и минусов.

Преимущества роторного двигателя

Если вы задумываетесь о разнице между роторным двигателем Mazda и поршневым двигателем, некоторые из преимуществ роторного двигателя включают следующее:

Более тихая и плавная работа

В отличие от обычных двигателей с поршни движутся вверх и вниз, работа роторного двигателя Ванкеля включает в себя его компоненты, вращающиеся в одном направлении для выработки энергии. Эта простая операция делает всю систему более тихой и плавной.

Низкие эксплуатационные расходы

Благодаря минимальному количеству движущихся частей в роторном двигателе тенденция к быстрому износу минимальна. Это просто означает меньшие затраты на техническое обслуживание по сравнению с аналогами.

Надежность в долгосрочной перспективе

Поскольку компоненты роторного двигателя совершают круговое движение в одном направлении для приведения в движение транспортного средства, работа происходит относительно медленнее. Это сводит к минимуму нагрузку на компоненты, в отличие от скорости, необходимой для поршневого двигателя, приводящего в движение автомобиль.

Из-за меньшей нагрузки на роторный двигатель компоненты изнашиваются медленнее, что обеспечивает более долгую надежность по сравнению с их аналогами.

Легкий

Роторный двигатель Ванкеля относительно меньше и легче, чем его аналоги, независимо от выходной мощности. Это в основном связано с меньшим количеством компонентов в двигателе. Возможно, это один из лучших двигателей с выгодным соотношением мощности и веса.

Минусы

Низкий расход бензина и выбросы

Несмотря на то, что роторные двигатели обеспечивают большую выходную мощность, степень сжатия и количество топлива, попадающего в выхлопные газы, приводят к снижению выбросов двигателя, поскольку двигатель всасывает больше топлива. Это серьезное ограничение из-за недавних строгих правил выбросов.

Расход масла

Помимо проблем с расходом топлива и выбросами, двигатель Ванкеля также потребляет масло. Расход масла предназначен для смазки двигателя, чтобы свести к минимуму неисправности или повреждения. Однако скорость расхода масла является недостатком, если сравнивать их с аналогами.

Частое техническое обслуживание

Чрезмерный расход масла в роторном двигателе чаще всего сопровождается утечками масла, которые требуют частых проверок и технического обслуживания для поддержания двигателя в хорошем состоянии. Это может быть очень напряжно.

Меньше технических специалистов

Из-за того, что роторные двигатели не так распространены в современных автомобилях, вероятность найти автомеханика, который починит неисправный двигатель Ванкеля, невелика. Стоимость может быть еще одним фактором, даже если вы найдете специалиста, который может выполнить работу из-за их дефицита.

Что такое поршневой двигатель?

Поршневой двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который работает с одним или несколькими возвратно-поступательными поршнями для преобразования высокого давления и температуры во вращательное движение. Классический пример — четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания.

Некоторые компоненты 4-тактного двигателя включают поршень, коленчатый вал, впускной распределительный вал, выпускной распределительный вал, свечи зажигания, шатун, водяную рубашку и клапаны (впускные и выпускные клапаны).

Автомобиль с четырехтактным поршневым двигателем вырабатывает мощность на четырех разных этапах. Процесс начинается с цикла впуска, когда впускной клапан цилиндра открывается, когда поршень опускается в цилиндр. Этот процесс втягивает воздух и газ в камеру сгорания.

После этого впускной клапан закроется и сожмет топливовоздушную смесь в камере сгорания. По мере того, как различные поршни толкаются вверх, воздушно-топливная смесь сжимается, и смесь воспламеняется свечой зажигания, которая затем толкает поршни вниз.

Как только поршень достигает дна цилиндра, открывается выпускной клапан, чтобы выпустить оставшееся топливо и воздух в камере сгорания. Хотя большинство автолюбителей считают, что поршневой двигатель лучше, он также имеет некоторые преимущества и недостатки.

Плюсы поршневого двигателя

• Низкий уровень выбросов оксидов азота.
• Механическая простота.
• Меньше производственных затрат.
• Низкая рабочая температура турбины.
• Гибкость и надежность.
• Легкий запуск поршня.
• Отлично подходит для рекуперации тепла.
• Высокая степень маневренности.
• Предлагает процесс сжигания HCCI.
• Внутренняя балансировка.

Минусы

• Низкая эффективность при частичной нагрузке.
• Высокая скорость горения.
• Требуется редуктор

Поворотный против. Отличия поршневых двигателей

Основное различие между роторными и поршневыми двигателями заключается в режиме работы. Ниже приведены некоторые из основных различий между двумя двигателями.

Направление движущихся компонентов

В то время как роторный двигатель задействует свои компоненты в круговом движении в одном направлении для выработки мощности, поршневые двигатели работают с набором поршней, перемещающихся вверх и вниз для преобразования высокого давления и температуры во вращательное движение .

Количество деталей

Роторный двигатель состоит из меньшего количества деталей по сравнению с его поршневым аналогом. По сути, роторный двигатель состоит примерно из трех основных частей, а поршневой двигатель состоит из нескольких частей, которые позволяют ему генерировать энергию.

Сходство роторного и поршневого двигателей

Несмотря на то, что между роторным и поршневым двигателями есть некоторые различия, лежащие в их основе сходства довольно очевидны по принципу их работы. Некоторые из сходств включают следующее.

Внутреннее сгорание

Во-первых, и роторные, и поршневые двигатели являются двигателями внутреннего сгорания, хотя их принцип работы различается. Они участвуют в преобразовании химической энергии в тепловую энергию. Затем происходит дальнейшее преобразование тепловой энергии в механическую энергию. Далее она преобразуется в кинетическую энергию, позволяющую транспортному средству двигаться.

Четырехтактный цикл

Роторные и поршневые двигатели подвергаются четырехтактному циклу, который состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и такта выпуска. Эти этапы важны для обоих двигателей.

Требуется воздух, топливо и искра.

Поскольку и роторный, и поршневой двигатели являются двигателями внутреннего сгорания, им обоим требуется топливо, воздух и искра для выработки энергии.

Часто задаваемые вопросы

В: Роторный двигатель лучше поршневого?

Роторный двигатель относительно менее опасен и поэтому менее опасен, чем поршневой двигатель. Это связано с тем, что его конструкция помогает свести к минимуму возникновение повреждений из-за внезапной поломки. В отличие от роторного двигателя поршень поршневого двигателя может заклинить во время работы и вызвать серьезные разрушения.

С другой стороны, роторный двигатель может терять мощность и продолжать генерировать энергию для поддержания транспортного средства до тех пор, пока она в конечном итоге полностью не выйдет из строя. Несомненно, роторные двигатели безопаснее поршневых, особенно когда проблема возникает внутри компонентов.

В: Почему роторные двигатели лучше?

Роторные двигатели лучше, чем обычные двигатели, поскольку они состоят из меньшего количества движущихся частей, что способствует повышению производительности и надежности. Кроме того, меньшее количество движущихся частей также означает, что для обеспечения бесперебойной работы двигателя требуется меньше обслуживания.

Двигатели также легче, тише и относительно долговечнее, чем их аналоги. Резюме сравнения между роторными двигателями и обычными двигателями заключается в том, что они более рентабельны из-за меньшего объема обслуживания.

В: Являются ли роторные двигатели более эффективными?

Если вы сравниваете эффективность роторного двигателя с поршневым двигателем, роторные двигатели более эффективны, чем их аналоги, потому что они задействуют минимальное количество рабочих органов в процессе сгорания. В отличие от поршневых двигателей, они более долговечны и надежны.

Роторные двигатели не имеют клапанов, коромысла, распределительного вала, маховика или зубчатых ремней. Это просто означает относительно меньший вес, минимальную вероятность непредвиденных неисправностей и более дешевый ремонт.

В: Почему мы не используем роторные двигатели?

Проблема низкого теплового КПД из-за длинной камеры сгорания и прохождения несгоревшего топлива через выхлоп, что приводит к снижению выбросов, является основной причиной, по которой роторный двигатель больше не используется.

Двигатель также имеет проблемы с уплотнением ротора из-за непостоянной температуры в камере сгорания. Это происходит главным образом потому, что сгорание происходит в части роторного двигателя.

В: Сколько миль может проехать роторный двигатель?

Роторный двигатель может прослужить около 80 000–100 000 миль и более. Однако способность двигателя прослужить долго зависит от стиля вождения автовладельца и культуры обслуживания. Другими словами, плохой стиль вождения и плохая культура обслуживания снизят пробег двигателя.

Такие автомобили, как Mazda RX-7 и RX-8, работали с роторными двигателями. Эти автомобили могли проехать 100 000 миль и более при стандартном обслуживании со стороны владельца автомобиля.

В: Роторные двигатели сжигают масло?

Да, роторные двигатели сжигают масло. На самом деле, некоторые автолюбители считают, что роторный двигатель сжигает масло из-за неисправностей. Это не обязательно так. Роторный двигатель сконструирован для использования маслораспылителей, которые собирают небольшое дозированное количество масла для смешивания с топливом, чтобы смазывать уплотнения во время работы двигателя.

Хотя роторные двигатели имеют несколько преимуществ из-за меньшего количества движущихся частей, у них также есть несколько недостатков, таких как низкий расход масла и расход бензина.

В: Почему роторные двигатели имеют такие высокие обороты?

Роторные двигатели имеют такие высокие обороты, потому что у них нет возвратно-поступательного движения массы, как у обычных двигателей. Они созданы для работы с вращающейся массой. Роторные двигатели работают с минимальными вибрациями; следовательно, их способность развивать высокие обороты составляет около 7000–8000 об / мин.

Однако Mazda произвела RX-8 с красной линией при 9000 об/мин. Автомобиль был спроектирован так, чтобы развивать мощность 232 лошадиные силы при 8500 об/мин. Тем не менее, эти два уровня оборотов довольно высоки для двигателя серийного автомобиля.

В: Что убивает роторный двигатель?

Низкий тепловой КПД является серьезной проблемой, убивающей роторный двигатель. Это происходит из-за уникальной конструкции длинной камеры сгорания, что также приводит к попаданию несгоревшего топлива в выхлоп.

Высокий расход масла, плохая экономия топлива и проблемы с выбросами являются основными проблемами роторного двигателя. Несмотря на свою способность справляться с поломкой, не заклинивая, как поршневой двигатель, роторный двигатель все же имеет свои ограничения.

В: Могут ли роторные двигатели взорваться?

Да! Одна из пугающих истин о роторных двигателях заключается в том, что они могут взорваться из-за детонации, особенно когда двигатель работает на обедненной смеси. Чаще всего это относится к турбированным двигателям. Несмотря на то, что перегружать роторный двигатель выгодно, важно учитывать и недостатки этого.

Но в случае поршневых двигателей чрезмерный нагрев из-за недостаточной смазки является основной причиной трения и трещин, приводящих к взрыву двигателя.

В: Используют ли роторные двигатели больше топлива?

Конечно, роторные двигатели потребляют больше топлива из-за увеличения мощности, которую они генерируют при увеличении оборотов двигателя. Проблема расхода топлива — это проблема, связанная с роторными двигателями.

Помимо проблемы с расходом топлива, чрезмерное сжигание масла является еще одной проблемой, связанной с роторными двигателями.

В: Используются ли в самолетах роторные двигатели?

Да! Роторные двигатели приводили в действие около 80% самолетов Первой мировой войны. В то время они были, пожалуй, самыми распространенными силовыми установками для самолетов, особенно в первые годы Первой мировой войны.

Некоторые из самолетов, в которых использовались роторные двигатели, включают следующие; Nieuport, Vickers, Morane-Saulnier, Sopwith, Bristol, Thomas-Morse, Caudron и т. д. На самом деле около 50 процентов самолетов из 10 лучших асов имели роторные двигатели.

В: В каких автомобилях до сих пор используется роторный двигатель?

Автомобили с роторными двигателями стали редкостью, поскольку очень немногие производители выпускают автомобили с роторными двигателями. Хотя большинство людей думали, что Mazda прекратила производство двигателя в 2012 году после последнего крупного появления на RX-8, производитель утверждает, что они все еще производят роторные двигатели.