Роторно поршневой двигатель – Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем

Содержание

Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем

Роторный двигатель конструктивно проще поршневого, но и у этой медали есть обратная сторона. Изучаем его устройство и принцип работы на примере версии 13B-MSP, которую ставили на «Мазду RX‑8».

В 1957 году немецкие инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде продемонстрировали первый работоспособный роторный двигатель. Уже через семь лет его усовершенствованная версия заняла место под капотом немецкого спорткара «NSU-Спайдер» — первого серийного автомобиля с таким мотором. На новинку купились многие автомобильные компании — «Мерседес-Бенц», «Ситроен», «Дженерал моторс». Даже ВАЗ многие годы мелкими партиями выпускал машины с двигателями Ванкеля. Но единственной компанией, которая решилась на крупносерийное производство роторных двигателей и не отказывалась от них долгое время, несмотря ни на какие кризисы, стала «Мазда». Ее первая модель с роторным мотором — «Космо Спортс (110S)» — появилась еще в 1967 году.

ЧУЖОЙ СРЕДИ СВОИХ

В чем сходство и отличие роторного двигателя от привычного поршневого собрата? Попробуем разобраться на примере одной из его последних версий 13B-MSP, которую ставили на «Мазду RX‑8».

В поршневом моторе энергия сгорания топливовоздушной смеси сначала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршневой группы, а уже затем во вращение коленчатого вала. В роторном же двигателе это происходит без промежуточной ступени, а значит, с меньшими потерями.

rotor1

Материалы по теме

Есть две версии бензинового 1,3‑литрового атмосферника 13B-MSP с двумя роторами (секциями) — стандартной мощности (192 л.с.) и форсированная (231 л.с.). Конструктивно это бутерброд из пяти корпусов, которые образуют две герметичные камеры. В них под действием энергии сгорания газов вращаются роторы, закрепленные на эксцентриковом валу (подобие коленчатого). Движение это весьма хитрое. Каждый ротор не просто вращается, а обкатывается своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, закрепленной по центру одной из боковых стенок камеры. Эксцентриковый вал проходит сквозь весь бутерброд корпусов и стационарные шестерни. Ротор движется таким образом, что на каждый его оборот приходится три оборота эксцентрикового вала.

В роторном моторе осуществляются те же циклы, что и в четырехтактном поршневом агрегате: впуск, сжатие, рабочий такт и выпуск. При этом в нем нет сложного механизма газораспределения — привода ГРМ, распредвалов и клапанов. Все его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках (корпусах) — и сам ротор, который, вращаясь, открывает и закрывает «окна».

Принцип работы роторного двигателя показан на схеме. Для простоты приведен пример мотора с одной секцией — вторая функционирует так же. Каждая боковая сторона ротора образует со стенками корпусов свою рабочую полость. В положении 1 объем полости минимален, и это соответствует началу такта впуска. По мере вращения ротор открывает впускные окна и в камеру всасывается топливовоздушная смесь (позиции 2–4). В положении 5 рабочая полость имеет максимальный

www.zr.ru

Роторный двигатель — история и перспективы — журнал За рулем

Прошлое роторных двигателей, в том числе советское, очень интересно. А есть ли у этого оборотистого малого будущее?

Феликс был бы доволен

Сегодня обычный двигатель внутреннего сгорания только немцы, да и то лишь иногда, величают мотором Отто. А Феликсу Ванкелю наряду с Рудольфом Дизелем повезло куда больше: в рассказах о роторно-поршневых моторах обязательно хоть раз упоминается его фамилия.

Феликс Ванкель, заваривший всю эту кашу, рядом с серийным купе Mazda RX‑7.

Феликс Ванкель, заваривший всю эту кашу, рядом с серийным купе Mazda RX‑7.

Материалы по теме

Правда, злые языки говорили, что Ванкель так и не получил автомобильных прав. Но в историю-то автомобильную он вошел, да и история эта еще не кончилась.

Конструкция роторного двигателя описана множество раз, в том числе в журнале «За рулем» (см., например, ЗР, 2001, № 7). Вкратце: такой мотор — воплощенное торжество геометрии. Блок цилиндров — это статор, который имеет хитрую внутреннюю поверхность, представляющую собой эпитрохоиду. Ротор со специальными уплотнениями движется внутри, выполняя функции поршня и шатуна. В одной камере две свечи — основная и дожигательная. Газообмен происходит через впускные и выпускные окна. Такие секции можно компоновать практически в любых количествах.

Роторный двигатель примерно в полтора раза компактнее и легче аналогичного по характеристикам поршневого. Но есть у него и существенные недостатки. Для смазки уплотнений на роторе масло поступает в топливо. А это означает дополнительный расход масла и сложности с экологией. Для роторного двигателя характерен повышенный расход бензина и относительно низкий ресурс из-за износа тех самых коварных уплотнений. Над решением этих вопросов конструкторы работают много лет, и не без успеха.

www.zr.ru

9 преимуществ и 4 недостатка

Содержание статьи

Преимущества перед другими конструкциями

В отличие от более распространённых поршневых конструкций, двигатель Ванкеля (Wankel) обеспечивает преимущества — простоту, плавность, компактность, высокие обороты в минуту и большое отношение мощности к весу. Это связано прежде всего с тем, что производятся три импульса мощности на один оборот ротора Ванкеля по сравнению с одним оборотом в двухтактном поршневом двигателе и по одному на два оборота в четырёхтактном двигателе.

РПД обычно называют вращающимся двигателем. Хотя это название также относится и к другим конструкциям, прежде всего к авиационным двигателям с их цилиндрами, расположенными вокруг коленчатого вала.

Четырёхступенчатый цикл впуска, сжатия, зажигания и выхлопа происходит в каждый оборот на каждом из трёх наконечников ротора, перемещающихся внутри овально — подобранного корпуса с перфорацией, что позволяет использовать в три раза больше импульсов на один оборот ротора. Ротор похож по форме на треугольник Реуле, а стороны его более плоские.

Роторно-поршневой двигатель ВанкеляРоторно-поршневой двигатель Ванкеля

Конструктивные особенности двигателя Ванкеля

Теоретическая форма ротора РПД Ванкеля между фиксированными углами является итогом уменьшения объёма геометрической камеры сгорания и увеличения степени сжатия. Симметричная кривая, соединяющая две произвольные вершины ротора, максимальна в направлении внутренней формы корпуса.

Центральный приводной вал, называемый «эксцентриковый» или «E-вал», проходит через центр ротора и поддерживается неподвижными подшипниками. Ролики движутся на эксцентриках (аналогично шатунам), встроенным в эксцентриковый вал (аналогично коленчатому). Роторы вращаются вокруг эксцентриков и совершают орбитальные обороты вокруг эксцентрикового вала.

Вращательное движение каждого ротора на собственной оси вызвано и регулируется парой синхронизирующих передач. Фиксированная шестерня, установленная на одной стороне корпуса ротора, входит в кольцевую шестерню, прикреплённую к ротору, и обеспечивает то, что ротор движется ровно на 1/3 оборота для каждого оборота эксцентрикового вала. Выходная мощность двигателя не передаётся через синхронизаторы. Сила давления газа на роторе (в первом приближении) идёт прямо в центр эксцентриковой части выходного вала.

РПД Ванкеля фактически представляет собой систему прогрессивных полостей переменного объёма. Таким образом, на корпусе имеется три полости, все повторяющие один и тот же цикл. Когда ротор вращается орбитально, каждая его сторона приближается, а затем удаляется от стенки корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания, подобно ходу поршня в двигателе. Вектор мощности ступени сгорания проходит через центр смещённой лопасти.

Двигатели Wankel, как правило, способны достичь гораздо более высоких оборотов, чем те, что с аналогичной выходной мощностью. Это связано с гладкостью, присущей круговому движению, и отсутствием сильно напряжённых частей, таких, как коленчатые и распределительные валы, или шатуны. Эксцентриковые валы не имеют ориентированных по напряжению контуров коленчатых.

Проблемы устройства и их устранение

Феликсу Ванкелю удалось преодолеть большинство проблем, из-за которых предыдущие роторные устройства терпели неудачу:

  1. У вращающихся РПД есть проблема, не встречающаяся в четырёхтактных устройствах с поршнями, в которых корпус блока имеет впуск, сжатие, сгорание и выхлопные газы, проходящие в фиксированных местах вокруг корпуса. Использование тепловых труб в воздушном охлаждении роторного двигателя Ванкеля было предложено Университетом Флориды для преодоления неравномерного нагрева блока корпуса. Предварительный нагрев некоторых корпусных секций выхлопными газами улучшил производительность и экономию топлива, а также уменьшил износ и выбросы.
  2. Проблемы также возникли во время исследований в 50-х и 60-х годах. Некоторое время инженеры сталкивались с тем, что они называли «царапиной дьявола» на внутренней поверхности эпитрохоиды. Они обнаружили, что причиной были точечные уплотнения, достигающие резонансной вибрации. Эта проблема была решена за счёт уменьшения толщины и веса торцевых уплотнений. Царапины исчезли после введения более совместимых материалов для уплотнений и покрытий.
  3. Ещё одна ранняя проблема заключалась в наращивании трещин на поверхности статора вблизи отверстия пробки, которое было устранено путём установки свечей зажигания в отдельной металлической вставке, медной втулке в корпусе вместо вилки, ввинчиваемой непосредственно в корпус блока.
  4. Четырёхтактные поршневые устройства не очень подходят для использования с водородным топливом. Другая проблема связана с гидратацией на смазочной плёнке в поршневых конструкциях. В ДВС Ванкеля эту проблему можно обойти, используя керамическое торцевое уплотнение на такой же поверхности, так что нет никакой масляной плёнки, чтобы страдать от гидратации. Поршневую раковину необходимо смазать и охладить маслом. Это существенно увеличивает расход смазочного масла в четырёхтактном водородном ДВС.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля
Роторно-поршневой двигатель Ванкеля

Материалы для изготовления ДВС

В отличие от поршневого агрегата, в котором цилиндр нагревается процессом горения, а затем охлаждается входящим зарядом, корпуса ротора Wankel постоянно накаляются с одной стороны и остывают с другой, что приводит к высоким локальным температурам и неравному тепловому расширению. Хотя это предъявляет большие требования к используемым материалам, простота Ванкеля облегчает употребление в изготовлении таких веществ, как экзотические сплавы и керамика.

Среди сплавов, предназначенных для использования в Ванкеле, используются A-132, Inconel 625 и 356 с твердостью Т6. Для покрытия рабочей поверхности корпуса используется несколько высокопрочных материалов. Для вала предпочтительны стальные сплавы с малой деформацией при нагрузке, для этого предложено использование массивной стали.

Преимущества двигателя

Основными преимуществами РПД Ванкеля являются:

  1. Более высокое отношение мощности к весу, чем у поршневого двигателя.
  2. Легче размещать в небольших машинных пространствах, чем эквивалентный двигательный механизм.
  3. Нет поршневых деталей.
  4. Способность достигать более высоких оборотов в минуту, чем обычный двигатель.
  5. Работа практически без вибрации.
  6. Не подвержен двигательному удару.
  7. Дешевле в производстве, потому что двигатель содержит меньше деталей
  8. Широкий диапазон скоростей, обеспечивающий большую адаптивность.
  9. Он может использовать топливо с более высоким октановым числом.

ДВС Ванкеля значительно легче и проще, с гораздо меньшим количеством движущихся частей, чем поршневые двигатели эквивалентной выходной мощности. Поскольку ротор перемещается непосредственно на большой подшипник на выходном валу, нет шатунов и коленчатого вала. Устранение возвратно-поступательной силы и наиболее сильно нагруженных и разрушаемых деталей обеспечивает высокую надёжность Wankel.

В дополнение к удалению внутренних возвратно-поступательных напряжений при полном удалении возвратно-поступательных внутренних деталей, учтановленных в поршневом двигателе, двигатель Ванкеля выполнен с железным ротором в корпусе из алюминия, который имеет больший коэффициент теплового расширения. Это гарантирует, что даже сильно перегретый агрегат Ванкеля не может «захватить», как это может произойти в аналогичном поршневом устройстве. Это существенное преимущество в плане безопасности при использовании в самолётах. Кроме того, отсутствие клапанов повышает безопасность.

Дополнительным преимуществом РПД Ванкеля для использования в самолётах является то, что он обычно имеет меньшую фронтальную область, чем поршневые агрегаты эквивалентной мощности, что позволяет создать более аэродинамический конус вокруг двигателя. Каскадное преимущество заключается в том, что меньший размер и вес ДВС Ванкеля позволяет сэкономить затраты на строительство летательного аппарата по сравнению с поршневыми двигателями сопоставимой мощности.

Роторно-поршневые ДВС Ванкеля, работающие в соответствии с их первоначальными проектными параметрами, почти не подвержены катастрофическим отказам. РПД Ванкеля, который теряет компрессию, или охлаждение, или давление масла, потеряет большое количество, но всё-таки будет продолжать производить некоторую мощность, позволяя более безопасную посадку при использовании в самолётах. Поршневые устройства при тех же обстоятельствах подвержены захвату или разрушению деталей, что почти наверняка приведёт к катастрофическому сбою двигателя и мгновенной потере всей мощности.

По этой причине роторно-поршневые двигатели Ванкеля очень хорошо подходят для снегоходов, которые часто используются в отдалённых местах, где отказ двигателя может привести к обморожению или смерти, а также к самолётам, где резкий сбой может привести к крушению или вынужденной посадке в удалённых местах.

Преимущества двигателя ВанкеляПреимущества двигателя Ванкеля

Конструкционные недостатки

Хотя многие из недостатков являются предметом текущих исследований, нынешние недочёты устройства Ванкеля в производстве заключаются в следующем:

  1. Уплотнение ротора. Это всё ещё незначительная проблема, так как корпус двигателя имеет очень разные температуры в каждой отдельной секции камеры. Различные коэффициенты расширения материалов приводят к несовершенной герметизации. Кроме того, обе стороны уплотнений подвергаются воздействию топлива, и конструкция не позволяет точно контролировать смазку роторов. Роторные агрегаты, как правило, смазываются при всех оборотах и нагрузках двигателя и имеют относительно высокий расход масла и другие проблемы, возникающие в результате избыточного количества смазки в зонах сгорания двигателя, таких, как образование углерода и чрезмерные выбросы от сжигания масла.
  2. Для преодоления проблемы различий в температурах между различными областями корпуса и боковых и промежуточных пластин, а также связанных с ними неравновесных температурных дилатаций, тепловая труба используется для транспортировки нагретого газа от горячей к холодной части двигателя. «Тепловые трубы» эффективно направляют горячий выхлопной газ на более холодные части двигателя, что приводит к снижению эффективности и производительности.
  3. Медленное горение. Сжигание топлива происходит медленно, поскольку камера сгорания длинная, тонкая и движущаяся. Движение пламени происходит почти исключительно в направлении движения ротора, и завершается тушением, которое является основным источником несгоревших углеводородов при высоких оборотах. Задняя сторона камеры сгорания, естественно, создаёт «сжатый поток», который препятствует достижению пламени к задней кромке камеры. Впрыск топлива, при котором оно поступает к передней кромке камеры сгорания, может минимизировать количество несгоревшего горючего в выхлопе.
  4. Плохая экономия топлива. Это связано с утечками уплотнений и формой камеры сгорания. Это приводит к плохому сгоранию и среднему эффективному давлению при частичной нагрузке, малой скорости вращения. В соответствии с требованиями, предъявляемыми по выбросам, иногда требуется соотношение топлива и воздуха, которое не способствует хорошей экономии топлива. Ускорение и замедление в средних условиях движения также влияют на экономию топлива. Однако работа двигателя с постоянной скоростью и нагрузкой исключает избыточный расход топлива.

Таким образом, у этого вида двигателя есть свои недостатки и преимущества.

Пожалуйста, оцените этот материал!

Преимущества двигателя Ванкеля Загрузка…

Если Вам понравилась статья, поделитесь ею с друзьями!

motorsguide.ru

Роторно-поршневой двигатель описание фото видео история

 Основные типы двигателей внутреннего сгорания и паровые машины имеют один общий недостаток. Он состоит в том, что возвратно-поступательное перемещение требует преобразования во вращательное движение. Это, в свою очередь, обуславливает низкую производительность, а также достаточно высокую изнашиваемость деталей механизма, включенных в различные типы двигателей.

Довольно много людей задумывались о том, чтобы создать такой мотор, в котором подвижные элементы только вращались. Однако решить эту задачу удалось только одному человеку. Феликс Ванкель – механик-самоучка — стал изобретателем роторно-поршневого двигателя. За свою жизнь этот человек не получил ни какой-либо специальности, ни высшего образования. Рассмотрим далее подробнее роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Краткая биография изобретателя

Феликс Г. Ванкель родился в 1902 году, 13 августа, в небольшом городке Лар (Германия). В Первую Мировую отец будущего изобретателя погиб. Из-за этого Ванкелю пришлось бросить учебу в гимназии и устроиться помощником продавца в лавке по продаже книг при издательстве. Благодаря этому он пристрастился к чтению. Феликс изучал технические характеристики двигателей, автомобилестроение, механику самостоятельно. Знания он черпал из книг, которые продавались в лавке. Считается, что реализованная позднее схема двигателя Ванкеля (точнее, идея ее создания) посетила во сне. Неизвестно, правда это или нет, но точно можно сказать, что изобретатель обладал незаурядными способностями, тягой к механике и своеобразным 

 

 

Плюсы и минусы

Преобразуемое движение возвратно-поступательного характера полностью отсутствует в роторном двигателе. Образование давления происходит в тех камерах, которые создаются с помощью выпуклых поверхностей ротора треугольной формы и различными частями корпуса. Вращательные движения ротор осуществляет помощью сгорания. Это способно привести к снижению вибрации и увеличить скорость вращения. Благодаря повышению эффективности, которое обусловлено таким образом, роторный двигатель имеет размеры намного меньше, чем обычный поршневой двигатель эквивалентной мощности.

Роторный двигатель имеет один главный из всех своих компонентов. Эта важная составляющая называется треугольным ротором, который совершает вращательные движения внутри статора. Все три вершины ротора, благодаря этому вращению, имеют постоянную связь с внутренней стеной корпуса. С помощью этого контакта образуются камеры сгорания, или три объема замкнутого типа с газом. Когда происходят вращательные движения ротора внутри корпуса, то объем всех трех образованных камер сгорания все время меняется, напоминая действия обычного насоса. Все три боковых поверхности ротора работают, как поршень.

Внутри у ротора является шестерня небольшого размера с внешними зубьями, которая прикреплена к корпусу. Шестерня, которая больше по диаметру, соединена с данной неподвижной шестерней, что задает саму траекторию вращательных движений ротора внутри корпуса. Зубы в большей шестерни внутренние.

По той причине, что вместе с выходным валом ротор связан эксцентрично, вращение вала происходит наподобие того, как ручка будет вращать коленвал. Выходной вал станет делать оборот три раза за каждый из оборотов ротора.

Роторный двигатель имеет такое преимущество, как небольшая масса. Самый основной из блоков роторного двигателя обладает небольшими размерами и массой. При этом управляемость и характеристики такого двигателя будут лучше. Меньше масса у него получается за счет того, что необходимость в коленвале, шатунах и поршнях просто отсутствует.

Роторный двигатель обладает такими размерами, которые гораздо меньше обычного двигателя соответствующей мощности. Благодаря меньшим размерам двигателя, управляемость будет гораздо лучше, а также сама машина станет просторнее, как для пассажиров, так и для водителя.

Все из частей роторного двигателя осуществляют непрерывные вращательные движения в одном и том же направлении. Изменение их движения происходит так же, как в поршней традиционного двигателя. Роторные двигатели внутренне сбалансированы. Это ведет к снижению самого уровня вибрации. Мощность роторного двигателя кажется намного более гладким и равномерным образом.

Двигатель Ванкеля имеет выпуклый специальный ротор с тремя гранями, который можно назвать его сердцем. Этот ротор совершает вращательные движения внутри цилиндрической поверхности статора. Роторный двигатель «Мазда» является первым в мире роторным двигателем, который был разработан специально для производства серийного характера. Данной разработке было положено начало еще в 1963 году.

Что это такое РПД?


В классическом четырехтактным двигателем одно и то же цилиндр используется для различных операций — впрыск, сжатие, сжигание и выпуска. В роторном же двигателе каждый процесс выполняется в отдельном отсеке камеры. Эффект мало чем отличается от разделения цилиндра на четыре отсека для каждой из операций.
В поршневом двигателе давление возникает при сгорании смеси заставляет поршни двигаться вперед и назад в своих цилиндрах. Шатуны и коленчатый вал преобразуют этот толкательной движение во вращательное, необходимое для движения автомобиля.
В роторном двигателя нет прямолинейного движения которое надо было бы переводить во вращательное. Давление образуется в одном из отсеков камеры заставляя ротор вращаться, это снижает вибрацию и повышает потенциальную величину оборотов двигателя. В результате всего большая эффективность, и меньшие размеры при той же мощности, что и обычного поршневого двигателя.

 

Как работает РПД?

Функцию поршня в РПД выполняет трьохвершинний ротор , преобразующий силу давления газов во вращательное движение эксцентрикового вала. Движение ротора относительно статора (наружного корпуса) обеспечивается парой шестерен, одна из которых жестко закреплена на роторе, а вторая на боковой крышке статора. Сама шестерня неподвижно закреплена на корпусе двигателя. С ней в зацеплении находится шестерня ротора из зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг нее.
Вал вращается в подшипниках, размещенных на корпусе, и имеет цилиндрический эксцентрик, на котором вращается ротор. Взаимодействие этих шестерен обеспечивает целесообразное движение ротора относительно корпуса, в результате которого образуются три разобщенных камеры переменного объема. Передаточное отношение шестерен 2: 3, поэтому за один оборот эксцентрикового вала ротор возвращается на 120 градусов, а за полный оборот ротора в каждой из камер происходит полный четырехтактный цикл.
Газообмен регулируется вершиной ротора при прохождении ее через впускной и выпускной окно. Такая конструкция позволяет осуществлять 4-тактный цикла без применения специального механизма газораспределения.

Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаются к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Крутящий момент получается в результате действия газовых сил через ротор на эксцентрик вала Смесеобразование, воспаление , смазка, охлаждение, запуск — принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания

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.

Технические характеристики роторно-поршневого двигателя

параметры ВАЗ-4132 ВАЗ-415
число секций 2 2
Рабочий объем камеры двигателя, куб.см 1,308 1,308
степень сжатия 9,4 9,4
Номинальная мощность, кВт (л.с.) / мин-1 103 (140) / 6000 103 (140) / 6000
Максимальный крутящий момент, Н * м (кгс * м) / мин-1 186 (19) / 4500 186 (19) / 4500
Минимальная частота вращения эксцентрикового вала на холостом ходу, мин-1 1000 900

Масса двигателя, кг

136

113

Габаритные размеры, мм

   

высота

560

570

ширина

546

535

длина

495

665

Минимальный удельный расход топлива (по ВСХ), г / кВт * ч (г / л.с. * Час)

312.2 (230)

312.2 (230)

Расход масла в% от расхода топлива

0,7

0,6

Ресурс двигателя до первого капитального ремонта, тыс. Км

125

125

назначение

ВАЗ-21059/21079

ВАЗ-2108/2109/21099/2115/2110

 

выпускаются модели

модель

двигатель РПД

Время разгона 0-100, сек

Максимальная скорость, км \ ч

ВАЗ 21018

ВАЗ-311

160

ВАЗ 21019

ВАЗ-411

178

ВАЗ 21059

ВАЗ-4132

9

180

ВАЗ 21079

ВАЗ-4132

9

180

ВАЗ 2108-91

ВАЗ-415

8

200

ВАЗ 2109-91

ВАЗ-415

9

190

ВАЗ 21099-91

ВАЗ-415

9

190

ВАЗ 2110-91

ВАЗ-415

9

190

ВАЗ 2115-91

ВАЗ-415

9

190

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.

  1. 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.

  1. 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.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля

 

seite1.ru

Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

 

Двигатель Ванкеля всегда привлекал внимание тем, что он не такой как все остальные — он уникум. Можно только представить, насколько был обрадован и изумлен простотой идеи Феликс Ванкель, когда ему пришла в голову мысль превратить возвратно-поступательные движения во вращательные!? Простая и гениальная идея оказалась сложной в освоении — главным образом тем, что технология требовала огромной точности в производстве деталей, и, как оказалось позже — достижения еще большей, чем в стандартных двигателях, износоустойчивости. Кроме этого, конструкция обладала рядом других технических особенностей, обеспечивших Феликса головной болью на долгое время вперед.

В первые годы после появления первого автомобиля NSU Ro-80 с двигателем, работающим по схеме Ванкеля, десятки компаний на волне возросшего ажиотажа ринулись выкупать лицензии на право производства роторного двигателя, но только считанные единицы смогли разумно преобразовать дорогостоящие чертежи гениального Феликса Ванкеля в металл. Самым известным примером из мира авто остается компания Mazda, которая устанавливает «роторы» на некоторые автомобили серии RX. В мотоциклах этот двигатель тоже нашел применение, примеры которых далее в статье. Впрочем, давайте обо всем по порядку…

 

 

Зри в корень. Устройство двигателя Ванкеля

Так называемый двигатель Ванкеля был изобретен немецким инженером Феликсом Ванкелем в 1957 году. Этот тип двигателя внутреннего сгорания использует вращательные движения для создания напряжения вместо привычной поршневой системы.  Особенность двигателя – применение трехгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде*.

* Эпитрохоида — плоская кривая, образуемая точкой, жёстко связанной с окружностью, катящейся по другой окружности.

JavaScript is disabled!
To display this content, you need a JavaScript capable browser.

Давление в РПД образуется за счёт вращения ротора. При этом происходит последовательное осуществление процессов – впуска, сжатия, сгорания, выпуска – в разных частях корпуса одного цилиндра. Такая конструкция даёт следующие преимущества: низкий уровень вибрации; отличные динамические характеристики; высокая мощность. Принципы процессов смесеобразования, зажигания, смазки, охлаждения, запуска принципиально ничем не отличаются от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Отсутствие громоздкого механизма газораспределения делает такой двигатель значительно проще четырехтактного поршневого за счёт меньшего количества деталей, обеспечивая необычайную компактность и высокую удельную мощность. Из минусов РПД отмечают крайне высокую критичность к регулярному сервисному обслуживанию (замена масла, уплотнителей) и высокий нагрев двигателя, а также большой расход топлива и токсичный выхлоп, что является следствием характерной для РПД узкой серпообразной камера сгорания (по краям камеры сгорание топлива затрудняется).

Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь  особенностью РПД Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.

В связи с этим возникает требование к частой замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

В таком моторе очень важно следить за состоянием уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.

Есть еще две сложности у этой схемы мотора — малая длина рабочего хода и очень специфический режим работы кривошипного механизма — эксцентрикового вала в отношении движения поршневой поверхности ротора. От этого у однороторного мотора  плохой график крутящего момента.

Подробнее об устройстве двигателя Ванкеля:
http://autorelease.ru/articles/automobile/946-rotornyj-dvigatel-princzip-raboty.html

Кстати, не везде об этом говорится, но двигатель Ванкеля является всего лишь одним из пяти подтипов роторных двигателей. Подробнее:
http://www.rotor-motor.ru

 

Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

 

Интересно, что за счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, и с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит мень

motocafe.ru

Роторно-поршневой двигатель — это… Что такое Роторно-поршневой двигатель?

Роторно-поршневой двигатель в разрезе, с ротором, изготовленным в форме треугольника Рёло

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.[1]

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра[2]).

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) Роторно-поршневой двигатель

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, масла — от 0,4 л до 1 л на 1000 км.

Преимущества и недостатки

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями

  • низкий уровень вибраций. Роторно-поршневой двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
  • главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
  • Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:
  1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
  2. К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором — 350 л.с.)
  • меньшие в 1,5-2 раза габаритные размеры.
  • меньшее на 35-40 % число деталей

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, но с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Недостатки:

  • Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.
    В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.
  • Наиболее важной проблемой считается состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.
    Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.
  • Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.
  • Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.
  • При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.

Применение

NSU Ro80.

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Spider.

Первый массовый (37 204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых[источник не указан 1238 дней]; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (Россия)[3].

Современное состояние

Инженерам фирмы Mazda, создавшим роторно-поршневой двигатель «Renesis» (производное от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей), удалось решить основные проблемы таких двигателей — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками, удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1,6 литра, и при большей мощности, нагревается меньше.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании (первые буквы от названия «Renesis») могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород (так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня). Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков.

Авиационные двигатели

В начале 50-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг авиационного инженера В. Полякова, созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ.[4] Позднее, в 90-х годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Несмотря на ряд попыток установки двигателя Ванкеля на самолетах (опытные образцы испытывались в разных странах с 1950-х годов), он не нашел широкого применения в авиации. В настоящее время (2011) двигатель Ванкеля устанавливается на некоторые модели мотопланеров Schleicher.

См. также

Примечания

Литература

  • Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия

Ссылки

РПД СССР/России

Авиационные РПД

dic.academic.ru

Роторно-поршневой двигатель — Викитака

Материал из Викитаки

(Перенаправлено с Двигатель Ванкеля) Роторно-поршневой двигатель в разрезе

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель (РПД, двигатель Ва́нкеля) — оригинальный двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над несколько иной конструкцией роторно-поршневого двигателя.[1]

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Благодаря этому можно отказаться от применения коленчатого вала, что позволяет при необходимости выполнить вал двигателя полым.

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекает переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) Роторно-поршневой двигатель

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл: Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Преимущества, недостатки и их разрешение

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями

  • низкий уровень вибраций. РПД полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
  • главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае использования обычного двигателя внутреннего сгорания.
  • Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:
  1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
  2. К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота вала, в отличии от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота вала (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором — 350 л.с.).
  • меньшие в 1,5—2 раза габаритные размеры.
  • меньшая на 35—40 % номенклатура деталей.

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, но с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при меньшем объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно компактна и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать например автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Трёхмерная модель РПД в динамике.

С другой стороны, сопряжение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает повышенное механическое напряжение между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.

В связи с этим возникают повышенные требования к качеству и периодичности замены моторного масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнений. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

Наиболее важной проблемой считается состояние уплотнений. Площадь пятна контакта со стенками камеры очень невелика, а перепад давлений в процессе работы очень высокий. Следствием этого неразрешимого для двигателей Ванкеля противоречия является неизбежный перепуск между отдельными камерами и, как следствие, некоторое падение коэффициента полезного действия и повышение токсичности выхлопа. Проблема быстрого износа уплотнений на высоких оборотах была частично решена применением высоколегированной стали.

При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важную проблему представляет собой меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС, что является закономерным следствием более высокой удельной мощности.

Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь стенок. В процессе сгорания рабочей смеси основные потери энергии приходятся на тепловое излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени от температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. В случае с РПД тепловая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции такого двигателя часто предусматривают 2 свечи.

Высокие требования к исполнению деталей двигателя с минимальными допусками делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

Кроме того, в силу объективных особенностей конструкции РПД является существенно более сложно масштабируемой конструкцией, чем обычный поршневой двигатель, для которого добавление или изъятие одного-двух цилиндров не представляет существенной инженерной проблемы. В случае с РПД каждый блок в двух-трёхблочных двигателях представляет собой по сути отдельный двигатель, и требует для реализации сопряжения с соседними таких же инженерных решений, какие применяются при создании спарок обычных поршневых ДВС. Это неизбежно приводит к увеличению потерь, из-за чего РПД редко имеют более четырёх секций. Аналогично, увеличение мощности односекционных РПД ограничивается технологически допустимыми размерами рабочего цилиндра (и, следственно, объема камеры сгорания), на современном уровне развития технологий это порог в пределах 400 л.с..

Применение

NSU Ro80.

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. В 1957 году Ванкель и Фройде продемонстрировали на конференции Общества германских инженеров работающий четырехтактный двигатель DKM 54 с поршнем-ротором, снабженным механическими уплотнениями. Этот двигатель бироторной конструкции оказался чрезвычайно сложным (например, свечи зажигания устанавливались в роторе) и ненадежным, но он доказал принципиальную работоспособность всей предложенной концепции. На следующий год фирма NSU продемонстрировала сразу две модели РПД: трехкамерный ККМ 125 (объем каждой из трех рабочих камер 125 см3) и однокамерный ККМ 250 (объем 250 см3), в которых свечи зажигания размещались в неподвижном корпусе (статоре) и были легко доступными для обслуживания.

Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Wankelspider.

Первый массовый (37 204 экземпляра) автомобиль — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Он имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким для того времени аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и т.д.. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который не смогла оценить по достоинству публика середины шестидесятых; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford.

Малоизвестно, что кузов отечественных автомобилей ЗАЗ-966 и ЗАЗ-968 был скопирован с кузова автомашин NSU серии Prince (конкретно ЗАЗ-966 это Prince IV), которые также оснащались РПД и, в отличии от своих советских копий, позиционировались как весьма престижные молодёжные спорткары-купе.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

Вспышка интереса к РПД пришлась на конец пятидесятых-начало семидесятых годов: первой лицензию на производство у NSU приобрела всемирно известная корпорация Curtiss-Wright в 1958 году, а в 1960-1961 годах к ней присоединились крупнейшие германские моторостроительные фирмы Fichtel&Sachs, Daimler-Benz AG, MAN, Friedrich Krupp GmbH, Klockner-Humboldt-Deutz AG и две японские — Yanmar Diesel Co. и Toyo Kogyo Co., а также английская фирма F/Perkins Ltd. В 1965 году лицензии приобрели такие авторитетные компании, как Rolls-Royce, OMC и Porsche KG. Очередь гигантов класса Nissan Motor Co., General Motors Corp., Suzuki Motor Co., Toyota Motor, Ford-Werke AG, Ingersoll-Rand, Mercury Div., Brunswick Corp., Yamaha Motor, Kawasaki Heavy Industries Ltd. и American Motors Corp. пришла в 1970-1973 годах. Всего было заключено около 30 лицензионных соглашений на право производства.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля велось только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (Россия)[2].

Современные двигатели

Двигатель Mazda RENESIS 16X Mazda RX-8 Hydrogen RE Mazda RX-8 Hydrogen RE

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

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании[3] могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4 — 0,6 л.). В настоящее время исследование этого типа двигателя активно ведёт японский автоконцерн Mazda, оснащая доработанными моделями роторных двигателей автомобили серии RX.

Отечественные РПД

История отечественных РПД началась в 1961 году, когда Минавтопром и Минсельхозмаш СССР поставили соответствующую задачу перед научно-испытательными институтами — НАМИ, НАТИ и ВНИИмотопромом. Параллельно по линии Минобороны изучением РПД занялся НИИД. В числе создателей отечественных конструкций роторно-поршневого двигателя можно назвать фамилии Чистозвонова, Ханина, Турянского, Зиновьева (НАМИ), Гостева и Бениовича (НАТИ), а также Иваницкого, Карманова и Александрова (ВНИИмотопром).

В период 1961-78 годов в отраслевых НИИ и учебных институтах СССР были проведены исследовательские и опытно-конструкторские работы, которые завершились созданием опытных образцов РПД различного назначения и технологий для их производства.

В 1974 году решением правительства дальнейшие работы по РПД были поручены Волжскому автозаводу, где развертывалось специальное конструкторское бюро (СКБ РПД). Это решение, с одной стороны, придало новый импульс разработке отечественного варианта РПД (начались, в частности, проектные работы по строительству цехов для серийного производства), а с другой — привело к фактической утрате многого из того, что наработали институты, поскольку в качестве прототипа специалисты ВАЗа решили ориентироваться на двигатель фирмы Mazda и опыт его массового производства (т.е. по сути просто скопировать двигатель «Мазды» вместо того, чтобы реализовать отечественные разработки[4]). У истоков СКБ стояли такие специалисты как В.Н. Поляков, Е.А. Башинджагян, А.А. Житков, Б.С. Поспелов и М.А. Коржов. Ныне СКБ РПД ВАЗа возглавляет В.А. Шнякин.

В Научно-техническом центре ВАЗ была создана линейка автомобильных РПД ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526 и авиационных ВАЗ-1187, ВАЗ-1188. Некоторые из них устанавливались на малых сериях спецмашин производства ВАЗ. Кроме того, небольшие серии таких двигателей устанавливались на спецавтомобили других производителей, в частности ЗАЗ-965 и ЛуАЗ-969. К началу 2000-х годов РПД оснащались малые партии автомобилей ВАЗ-2105, ВАЗ-2107, ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, ВАЗ-21099, на ВАЗ-2110 ставились двигатели ВАЗ-415. Для установки на ВАЗ-1111 «Ока» был разработан двигатель ВАЗ-1185.

Применение в авиации

В 1990 году по заказу МВЗ им. М.Л. Миля в СССР началась разработка авиационного роторного двигателя ВАЗ-430, предназначавшегося для легкого вертолета Ми-34ВАЗ. При этом предполагалось, что доступ к авиационным технологиям позволит быстро создать качественный РПД, но эти надежды не оправдались, причем камнем преткновения стало не только отсутствие государственного финансирования, но и утраченный авиационной промышленностью опыт создания малоразмерных двигателей внутреннего сгорания и соответствующих агрегатов.

Впоследствии на базе автомобильного двигателя для «Оки» был разработан легкий авиационный РПД ВАЗ-1187 мощностью 40 л.с. для дельталетов и его усовершенствованный вариант ВАЗ-1188 (60 л.с.). Был сделан вывод о целесообразности создания авиационных РПД в диапазоне мощности 40-300 л.с., где они конкурентоспособны с классическими поршневыми двигателями. В настоящее время усилия СКБ сосредоточены на разработке авиационного трёхсекционного РПД ВАЗ-426 мощностью до 240 л.с. Об уровне совершенства современных РПД конструкции Волжского СКБ свидетельствует тот факт,что масса двигателя составляет всего 145 кг, а удельный расход топлива при работе на автомобильном бензине на крейсерской мощности не превышает 205 г/л.с. в час.

В настоящее время наиболее перспективной сферой применения РПД в авиации являются БПЛА — разведывательные, метеорологические, а также самолеты-ретрансляторы и даже небольшие транспортные машины. Приемник глобальной навигационной системы (NAVSTAR и пр.) позволяет новейшим БПЛА летать на огромные расстояния, не сбиваясь с курса, а цифровая автоматизированная система взлета/посадки DGPS обеспечивает сохранность груза. Современный БПЛА Hermes 1500 UAV с двумя РПД способен нести 350 кг полезной нагрузки и держаться в воздухе 30 ч, а его летный ресурс достигает 20 000 ч.

Примечания

  1. ↑ Иван Пятов. РПД изнутри и снаружи, Журнал Двигатель, № 5-6 (11-12) сентябрь-декабрь 2000
  2. ↑ http://www.ladaonline.ru/catalog/index.php?SECTION_ID=355&SHOWALL_1=1
  3. ↑ первые буквы от названия «Renesis», производным от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей)
  4. ↑ Подобная практика вообще традиционна для отечественного автопрома.

Ссылки

РПД СССР/России

Авиационные РПД

См. также

itaka.pw

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о