Американец построил двигатель Ванкеля с двенадцатью роторами — ДРАЙВ
Вас поражала лемановская Mazda 787B аж с четырёхсекционным двигателем Ванкеля? Забудьте. Перед вами агрегат с двенадцатью секциями.
Изобретатель Тайсон Гэрвин мечтает изменить мир гонок. Для начала — гонок на воде. Его роторный мотор с 12 секциями, размещёнными в три ряда, предназначен для скоростных катеров. Но автомобили-монстры мы держим в уме: уж очень необычные получаются характеристики у двигателя, названного R12. Строго говоря, исходный образец был готов ещё год назад. Но он служил лишь для проверки работоспособности идеи и был оснащён карбюратором.
Гэрвин, участник трансокеанских гонок на катерах, мечтал получить компактный и мощный агрегат, который примерно вписывался бы в габариты джиэмовских биг-блоков. За несколько лет работы изобретатель рассмотрел и отверг 100 вариантов, пока не пришёл к схеме с тремя рядами по четыре ротора, хотя и тут пришлось поломать голову над размещением впускных и выпускных патрубков.
На заднем плане мелькают автомобили — потенциальное поле деятельности неутомимого Гэрвина.
В итоге длина двигателя составляет 76 см, ширина — 79 см, высота — 61 см, рабочий объём — 15,7 л, вес — 377 кг.
Полагаете, это много? Учтите, что в атмосферном варианте он выдаёт 1140 л.с. И американец намерен поставить сюда турбонаддув. В зависимости от его давления с R12 можно будет снять от 2400 до 5400 л.с. Последняя цифра достижима только с топливом с октановым числом 116, и при этом ресурс будет ограничен несколькими гонками. Крутящий момент тоже неплох. На прошлогоднем образце испытатель получал на стенде 1105 Н•м, не поднимая обороты выше 3200 об/мин. А ведь конструкция рассчитана на 9000 в нормальном режиме и 11 000 оборотов — в гоночном. Теперь Гэрвину предстоит проверить агрегат в новом варианте с электронным впрыском топлива, а потом добавить турбокомпрессор.
В этом ролике можно увидеть запуск сырого образца годичной давности.
История двигателя Ванкеля / Итоги токийского автосалона | Новости автомобилестроения в Германии | DW
С равномерным жужжанием хорошо смазанного электромотора работает на испытательных стендах Некарсульма этот удивительный двигатель внутреннего сгорания. Эксперты уже предрекают скорый конец привычного двигателя и выражают уверенность, что автопромышленность отдаст предпочтение ротороно-поршневой системе.
Вот так восторжено описывали журналисты в 1959 году изобретение, которое, как предполагалось, должно было совершить настоящую революцию в автомобилестроении. И действительно, двигатель, который представил тогда изобретатель Феликс Ванкель стал настоящей сенсацией. Первый раз в истории мотор передавал энергию, обходясь без кривошипно-шатунного механизма и коленвала, и толкал при этом не поршень, а фактически ротор.
Всё началось в середине 20-х годов прошлого века. Тогда ещё совсем молодой Ванкель попытался смастерить авто собственной конструкции.
Двигатель для своего детища он подыскал на свалке. Но самодельная машина страдала от одного главного недостатка: уж слишком лихорадил мотор легкую конструкцию. Как же избавиться от назойливой вибрации?
Как и многие другие инженеры, я не мог смириться с мыслью, что обычная система, основанная на поступательном движении поршней, является единственно возможным принципом работы двигателей внутреннего сгорания. Для того, чтобы колеса прокручивались, необходимо устранить тряску и превратить вибрирующий ритм взлетающих и опускающихся поршней в гармоничную и ровную работу мотора. А это крайне не просто. Для этого необходимо оснастить двигатель сложными шатунными механизмами и коленчатыми валами, решить массу технических проблем – и всё это для того, чтобы автомобиль сделал нам одолжение и поехал.
— рассказывал впоследстии журналистам Феликс Ванкель.
В результате долгих поисков, он пришел к идее разработать двигатель, работающий по принципу турбины или электромотора.
Но только через тридцать лет – в середине 50-х годов – Ванкель пришел к той компактной и лёгкой конструкции, которая соответствовала требованиям автопроизводителей. Вместо кривошипно-шатунного механизма, толкающего поршень, Ванкель установил треугольный поршень. Он укреплен на валу и создает необходимое сжатие горючего, вращаясь внутри камеры сгорания. В том, что Ванкелю всё же удалось довести принципиально новый двигатель до серийного производства, во многом заслуга Некарсульмских моторных заводов или сокращенно NSU. Позднее эту сравнительно небольшую фирму поглотил концерн AUDI. В 1964-м году на дорогах Германии появился небольшой автомобиль-кабриолет под названием Wankel-Spider, оснащенный первым в мире серийным роторно-поршневым двигателем. Плоский и компактный мотор объемом всего в 500 куб.см. и мощностьюв 50 л.с. размещался под багажником. До сотни км. в ч. Spider разгонялся за 16 секунд, а его максимальная скорость составляла 152 км. в ч. Для тех времен это были вполне достойные показатели.
Рассказывает инженер Маркус Трунцер, работавший на NSU:В 77-м году у нас уже был усовершенствованный вариант роторно-поршневого двигателя, и мы хотели ставить его на дорогие машины верхнего среднего класса, но потом, по техническим причинам и из соображений экономии, решили ограничиться традиционными моторами с поступательным движением поршней. Без сомнения, Wankel-Motor хорош своими небольшими размерами, равномерностью работы и плавностью хода. Однако недостатки, с которыми так и не удалось справиться полностью, перевесили все достоинства. Так, двигатель из-за большой поверхности камеры сгорания, обладал слишком низким термическим КПД, а потому и слишком низкой скоростью преобразования энергии и высокой потерей тепла. Кроме того, расход топлива был на 10-20 процентов выше, чем у традиционного мотора с поступательным движением поршней. Вдвое больше был и выброс вредных веществ. В общем, двигатель Ванкеля ушёл в историю и, по меньшей мере AUDI не собирается работать над его развитием, хотя и вспоминает о нём с удовольствием.
Сегодня только концерн Mazda продолжает работать с роторно-поршневыми моторами. Начали японские инженеры ещё в восьмидесятых со спортивной модели RX-3, оснащенной двигателем Ванкеля мощностью в 105 л.с. Машина была довольно популярной. Во многом благодаря высокому качеству двигателей и хорошему сервису. В середине 80-х заметного успеха добилась модель RX-7, имевшая счетверенный роторно-поршневой двигатель, развивавший до 170 л.с. В 90-х ему на смену пришел ещё более мощный двигатель мощностью в 270 лошадок. Сотни эта машина достигала за 5,3 секунд. В восьмидесятых годах Феликс Ванкель почувствовал себя тем самым пророком, которых, как известно, нет в своем отечестве. В 1988 году, незадолго до смерти, 86-летний Ванкель с горечью констаирует:
Японцы продали полтора миллиона роторно-поршневых моторов. Японцы продают ежегодно около ста тысяч спортивных автомобилей. Однако у нас до сих пор никто даже пальцем не пошевелил.
Дело гениального конструктора живет и сегодня.
Сообщается, что электродвигатель не повлиял на спортивные характеристики роторного двигателя, а лишь улучшил экономичность и экологичность концепт-кара. И, наконец, ещё одна разработка под названием Mazda Premacy HRE Hybrid. Этот несколько курьезный силовой агрегат объединил в себе двигатель Ванкеля, функционирующий как на бензине, так и на водороде, а также электродвигатель, который может подрабатывать стартером и помогать двигателю, когда тот работает в зоне низких оборотов. Правда, когда эта концепция дорастет до серийного производства и дорастет ли вообще — пока не сообщается.Помимо роторно-гибридного двигателя на нынешнем Токио Мотор Шоу были представлены и другие, ещё более смелые концепции. Вообще, всем тем, кто хочет знать, какими будут автомобили лет через десять, было просто необходимо побывать на Токийском автосалоне, закончившемся около неделю назад. По мнению многих экспертов, на этот раз особенно зримыми стали тенденции, наметившиеся в мировом автомобилестроении в последние годы.
Машины и всевозможные транспортные средства начинают приспосабливаться к требованиям стареющего общества; всё больше новых моделей ориентированы на индивидуальные запросы покупателей; развернулось настоящее сражение гибридных двигателей с дизельными и оказалось, что ожидание внедрения в серийное производство водородных силовых агрегатов может растянуться на многие годы, если не десятилетия. Но начнем по порядку. Ни для кого не секрет, что средний возраст жителей индустриальных стран стремительно приближается к пожилому. Причем, касается это не только самых развитых стран, таких как США, Япония или европейские государства, но и стран с быстро развивающейся экономикой, как выяснилось, даже Китая. А посему человек пожилой подбирает себе автомобиль по критериям, кажущимся людям молодым несущественными. Особые внимание конструкторы теперь уделяют возможностям посадки и высадки из автомобиля. Привычные двери, становятся, судя по всему, для разработчиков новых моделей табу. Всё большее распространение получают раздвижные двери на соленоидах, а также задние двери, открывающиеся против хода, при отсутствии средних или задних стоек.
(Кстати, пионером серийного производства таких кузовов выступила Mazda со своей моделью RX 8). Наиболее яркими примерами тому могут служить показанные в этом году Nissan Foria, созданный по образу и подобию легендарной итальянской Лянчи Фулвии, а также уже упоминавшаяся Mazda Senku. Особого внимания заслуживает Nissan Pivo. Главная его идея – поворачивающаяся на 360 градусов кабина, которая облегчает посадку и высадку в автомобиль, а также делает ненужными развороты машины на узких улочках. Разумеется, такое решение потребовало полного отказа от привычных схем, и управление осуществляется полностью по проводам (By Wire). Необычный концепт прошел испытания на улицах Токио, полностью подтвердив жизнеспособность заложенной в него идеи. Конечно, Nissan не собирается запускать Pivo в серию, но некоторые реализованные в нем решения планируется использовать в серийных автомобилях уже в ближайшее время. С этой точки зрения интересен и коцепт-кар Тойоты под названием Fine-X. У него вся боковая часть, превращена в единую дверь-крыло, поднимающуюся к верху.
Любопытно, что сидения поворачиваются на 90 градусов и выдвигаются из салона наружу. Пассажиру или водителю остается только, если можно так выразиться, «плюхнуться» в кресло, остальное берет на себя автоматика. Однако Тойота пошла ещё дальше и разработала концепцию, дающую возможность оставаться так сказать «на колесах» вне автомобиля. Речь идет о Personal Mobility Tool или I-Swing. Это своеобразное средство передвижения транспортирует одного человека, используя при этом в зависимости от скорости и наклона два или три колеса. Пожилые люди могли бы на ездить на нем, например, по пешеходным зонам. Для того, чтобы концепт-кар ни в коем случае не вызывал ассоциаций с современной инвалидной коляской его оформили по-молодежному, снаружи он оснащен большим ЖК-дисплеем, при помощи которого счастливый обладатель I-Swing’a может общаться с себе подобными.
Здесь самое время упомянуть и наиболее смелые концепции, рассчитанные на индивидуальные запросы потребителя. Например, в салоне концепт-кара Honda W.
O.W. есть комфортный отсек для собак, оборудованный специальной системой проветривания. Если W.O.W. создан для ублажения четвероногих членов семей, то Suzuki MOM, как следует из названия, предназначен для молодых матерей. Несмотря на скромные размеры, у автомобиля просторный салон, а переднее сидение может складываться, увеличивая пространство для прогулки малыша. Кроме того, в этот раз в Токио были представлены автомобили, рассчитанные на молодых меломанов, такие как концепт от Тойоты под названием bB, стильные машины в стиле пятидесятых годов, например Suzuki LC и Suzuki PX и так далее… Рассказать в одной передаче обо всех концепт-карах представленных на Токио Мотор Шоу попросту не возможно. Однако в наших следующих выпусках мы ещё не раз вернемся к представленным здесь идеям, многие из которых уже достаточно скоро будут реализованы в серийных моделях.
почему Mazda возвращается к роторным моторам :: Autonews
Капризный Ванкель: почему Mazda возвращается к роторным моторам
Mazda – единственный автопроизводитель, кто не утратил интерес к роторно-поршневым двигателям (РПД).
Японцы собираются представить на Токийском автосалоне концептуальное купе с такой силовой установкой. Несмотря на то, что выпуск единственной модели с РПД был прекращен еще три года назад, инженеры компании продолжили развивать это направление, и в 2013 году представили гибридно-роторный концепт.Скорее всего, гибридная силовая установка будет стоять и под капотом токийского концепта, который в итоге превратится в серийный автомобиль. Когда – неизвестно, но Mazda уже зарезервировала название RX-9 для новой машины. Японский автопроизводитель далеко не первым увлекся роторными моторами, но впоследствии стал самым преданным поклонником этой схемы.
NSU Spider
Работы над роторно-поршневым двигателем инженер Феликс Ванкель начал в 1951 году и дальше эта схема совершенствовалась специалистами немецкой компании NSU. Первый рабочий прототип завели только спустя 6 лет.
В 1964 году NSU продемонстрировала свой первый роторный автомобиль – кабриолет Spider. Размещенный над задней осью силовой агрегат развивал 50 л.с. и разгонял машину до 100 км/ч за 14,5 секунды. Кабриолет оказался достаточно дорогим и за три года было выпущено чуть больше 2000 машин.NSU Ro-80
В 1967 году NSU прекратила производство кабриолета и запустила новую роторную модель – изящный четырехместный седан Ro-80. Это был инновационный для того времени автомобиль c дисковыми тормозами, полуавтоматической трансмиссией с вакуумным приводом сцепления, блок-фарами и двухсекционным роторным мотором, приводящим в движение передние колеса. Двигатель при рабочем объеме в 1 литр развивал 115 л.с. и 162 Нм и разгонял довольно легкий (1210 кг) седан до 180 километров в час. В 1968 году Ro-80 получил титул «Автомобиль года», однако экзотический мотор оказался крайне ненадежным.
А из-за нефтяного кризиса популярность прожорливого седана упала окончательно. Концерн VW, частью которого NSU стала в 1969 году, пытался доработать капризный мотор, но в 1977 году свернул выпуск модели и роторные разработки.Как устроен роторный двигатель
Главная деталь в роторно-поршневом моторе – трехгранный ротор, который движется внутри цилиндра сложной формы и своими гранями отсекает изолированные объемы, где происходит сжатие, сгорание, расширение топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.
РПД устроен намного проще, чем обычный поршневой мотор. Он компактнее и легче, хорошо уравновешен и у него более высокая удельная мощностью. При этом роторно-поршневой мотор не обладает высоким ресурсом, требователен к качеству масла и склонен к перегреву. Он расходует больше топлива и менее экологичен.
Citroen GS Birotor
Когда недостатки двигателей Ванкеля еще не стали очевидны, многие компании заинтересовались тихим и компактным мотором.
Citroen создал вместе с NSU компанию Comotor, занявшуюся выпуском РПД. Первым роторным «Ситроеном» стало купе M35 – небольшую партию этих автомобилей с гидропневматической подвеской передали лояльным клиентам для опытной эксплуатации. Вторая модель GS Birotor (или GZ) со 107-сильным двухроторным мотором пошла в серию в 1973 году. Однако ее продажи оказались низкими: роторный GS стоил на 70% больше стандартной модели и даже оказался дороже флагманского DS. При этом в условиях разразившегося нефтяного кризиса он расходовал слишком много топлива. Удрученный неудачей французский производитель выкупил обратно все GS Birotor и отправил их на слом, так что до наших дней сохранилось всего несколько машин.Mercedes-Benz C111
Свой роторный прототип компания Mercedes-Benz представила во Франкфурте в 1969 году. Стеклопластиковое купе с дверями типа «крыло чайки» многим виделось как новая интерпретация легендарной модели 300SL.
Однако автопроизводитель решил использовать прототипы этой серии для экспериментов с новыми типами силовых агрегатов. Первый автомобиль серии C111 c трехсекционным мотором развивал 280 лошадиных сил. Вторая машина с четырехсекционным агрегатом мощностью 350 л.с. уже могла разгоняться до 300 километров в час. Испытатели отмечали низкий уровень шума, однако инженерам так и не удалось справиться с перегревом и грязным выхлопом РПД. В итоге следующие С111 оснащались дизельными моторами.Aerovette XP-895
General Motors также заинтересовался роторными двигателями и даже установил их ради эксперимента на компактную модель Vega. В 1972 году Джон ДеЛореан, возглавлявший Chevrolet, решил вернуться к идее среднемоторного суперкара, которую он до этого забраковал. Для концепта XP-895 два двухсекционных роторных мотора соединили вместе, получив четырехсекционный силовой агрегат мощностью 420 лошадиных сил.
Кроме того, был создан еще вариант спорткара с двухсекционным мотором. Однако из-за нефтяного кризиса и невысокой надежности роторных двигателей работы по ним были свернуты. Спустя несколько лет среднемоторный суперкар, получивший имя Aerovette, снова собрались запустить в серию, но уже с обычным мотором V8.Mazda Cosmo Sport
Компания Mazda дальше других продвинулась в применении роторных моторов — с ними связана и важная спортивная победа компании в Ле-Мане в 1991 году. Первый РПД на основе силового агрегата NSU был создан японцами 1963 году, а два года спустя компания запустила в серию купе Cosmo c двухсекционным 110-сильным двигателем. В последующие годы Mazda выпустила множество различных автомобилей с РПД, в число которых входили даже пикапы и автобусы. В основном у них был задний привод и только у мелоксерийного купе Luce R130 — передний.
Mazda RX-7
Изначально под индексом RX выпускались роторные версии обычных моделей Mazda, но с номера 7 он был зарезервирован под отдельную спортивную модель с РПД. Модель RX-7 производилась c 1978 года на протяжении 24 лет, сменила три поколения и разошлась тиражом более 800 000 машин. За счет увеличения рабочего объема, а также использования наддува сначала с одной, а потом и с двумя турбинами мощность моторов выросла со 100 до 280 лошадиных сил. RX-7 третьего поколения выступил в фильме «Форсаж» в качестве боевой машины Доминика (герой Вин Дизеля).
Mazda Eunos Cosmo JC
В 1990 году Mazda начала производство люксового купе Eunos Cosmo с трехсекционным роторным мотором. Благодаря двойному турбонаддуву, появившемуся на этой модели даже раньше, чем на купе RX-7, удалось снять с двух литров 300 лошадиных сил и добиться максимальной скорости свыше 250 километров в час.
Кроме того, существовала и менее мощная версия с двухсекционным роторным мотором. Помимо передового двигателя, новшеством стала и спутниковая навигация. Однако несмотря на все достоинства, разработка Eunos Cosmo JC обошлась компании в астрономическую сумму.Mazda RX-8
Новое роторное купе, представленное в 2003 году, отличалось необычным кузовом с дополнительными распашными створками, облегчающими посадку на задний ряд. На этот раз японская компания отказалась от турбонаддува, зато смогла снизить расход бензина и масла нового роторного мотора Renesis и вписать его в экологический класс Евро-4. Тем не менее, силовой агрегат мощностью 192 или 240 л.с. обеспечивал легкой машине неплохое ускорение. В 2003 году новый РПД был удостоен звания «Двигатель года». Однако после ужесточения экологических норм Mazda была вынуждена прекратить продажи этой модели в Европе, а без европейского рынка производство RX-8 становилось нерентабельным.
Тем не менее, компания продолжила опыты с РПД.ВАЗ-415
Волжский автозавод стал одной из немногих автомобильных компаний, серийно выпускавших автомобили с РПД. С начала 1990-х моторы, разработанные специальным конструкторским бюро тольяттинского предприятия, ставились по заказу МВД и ФСБ на передне- и заднеприводные ВАЗы, «Москвичи» и «Волги». Внешне эти автомобили были ничем не приметны, зато легко могли догнать обычный автомобиль с поршневым мотором. Например, «восьмерка» с РПД мощностью 134 л.с. разгонялась до 100 км/ч всего за 8,5 секунды. Позже роторные машины мог приобрести любой желающий у официального дилера ВАЗа, однако спрос оказался небольшим – автомобили были дорогими и требовали частого обслуживания.
Hercules Wankel
Устанавливались роторные моторы и на мотоциклы, первой в 1974 году стала компания Hercules.
Мотор байка W-2000 с воздушным охлаждением развивал 27 лошадиных сил. Роторные мотоциклы с жидкостным охлаждением выпускали серийно компании Norton и Suzuki, а компания Van Veen использовала для своей эксклюзивной модели автомобильный РПД производство Comotor. А в СССР ограничились экспериментами с двигателями Ванкеля на тяжелых мотоциклах.Правила жизни роторных двигателей
Алексей Вуль, инженер, разработчик бесшатунных двигателей, участвовал в калибровке роторно-поршневых моторов ВАЗа:- Роторно-поршневые моторы сыграли определенную роль в те временя, когда людей не так сильно волновали экологические показатели.
- Любой двигатель внутреннего сгорания представляет собой три важнейших функциональных блока. Первый – сосуд переменного объема. Второй – система газообмена и топливоснабжения. Третий – механизм, который преобразует удобную для газов форму движения во вращение выходного вала. Попытки совместить эти вещи в едином узле, как правило, заканчиваются потерей либо КПД, либо ресурса.
- За время впуска воздух должен совершить несколько оборотов для более тщательного перемешивания топлива. В двигателях со сложной камерой сгорания, а роторно-поршневые моторы относятся именно к таким, непонятно, как этот воздух крутится.
- Когда плохо смазываемая уплотняющая кромка пересекает выхлопное окно, получается прострел горячих газов через узкую щель со сверхзвуковой скоростью — возникает газовая эрозия.
- Сколько вы можете отыграть на роторно-поршневом моторе? 70-100 килограммов? Но эти же килограммы без нечеловеческих усилий вы сможете отыграть на каких-то других элементах конструкции.
- Существует много разных сценариев, с помощью которых можно получить отличный с точки зрения КПД и экологии термодинамический цикл. А уже после этого стоит садиться и думать, как сделать под него совершенное «железо». А если мы будем исходить из конструкции мотора, то потратим 70 лет, уйму денег для того, чтобы спасти довольно затейливую, но не очень перспективную идею.
- Я не верю, что Mazda или все прогрессивное человечество смогут толково решить проблему РПД и обеспечить пробег в полмиллиона километров.
Евгений Багдасаров
Двигатель Ванкеля — Мастерок.жж.рф — LiveJournal
Паровые машины и двигатели внутреннего сгорания обладают одним общим недостатком — возвратно-поступательное движение поршня должно быть преобразовано во вращательное движение колёс. Отсюда и заведомо низкий КПД, и высокая изнашиваемость элементов механизма. Многим хотелось построить двигатель внутреннего сгорания так, чтобы все подвижные части в нём только вращались — как это происходит в электромоторах.
Однако задача оказалась не простой, успешно решить её удалось только механику-самоучке, который за всю свою жизнь так и не получил ни высшего образования, ни даже рабочей специальности.
Феликс Генрих Ванкель (Felix Heinrich Wankel, 1902–1988) родился 13 августа 1902 года в небольшом немецком городке Лар.
Во время Первой мировой войны погиб отец Феликса, из-за чего будущему изобретателю пришлось бросить гимназию и пойти работать учеником продавца в книжной лавке при издательстве. Благодаря этой работе Ванкель пристрастился к чтению книг, по которым он самостоятельно изучал технические дисциплины, механику и автомобилестроение.
Существует легенда, что решение задачи пришло семнадцатилетнему Феликсу во сне. Правда это или нет — неизвестно. Зато очевидно, что Феликс обладал весьма незаурядными способностями к механике и «незамыленным» взглядом на вещи. Он понял, как все четыре цикла работы обычного двигателя внутреннего сгорания (впрыск, сжатие, сгорание, выхлоп) можно осуществить при вращении.
Довольно быстро Ванкель пришёл к первой конструкции двигателя, и в 1924 году он организовал небольшую мастерскую, которая также служила и импровизированной «лабораторией». Здесь Феликс и начал проводить первые серьёзные исследования в области роторно-поршневых ДВС.
С 1921 года Ванкель был активным членом НСДАП.
Он выступал за партийные идеалы, был основателем всегерманского военного юношеского объединения и юнгфюрером различных организаций. В 1932 году он вышел из партии, обвинив одного из своих бывших коллег в политической коррупции. Однако по встречному обвинению ему самому пришлось провести в тюрьме шесть месяцев. Освободившись из заключения благодаря заступничеству Вильгельма Кепплера (Wilhelm Keppler), он продолжил работы над двигателем. В 1934 он создал первый опытный образец и получил на него патент. Он сконструировал новые клапаны и камеры сгорания для своего мотора, создал несколько различных его вариантов, разработал классификацию кинематических схем различных роторно-поршневых машин.
В 1936 году прототип двигателя Ванкеля заинтересовал BMW — Феликс получил деньги и собственную лабораторию в Линдау для разработки опытных авиадвигателей.
Впрочем, до самого разгрома фашистской Германии ни один двигатель Ванкеля в серию не пошёл. Возможно, на доведение конструкции до ума и создания массового производства требовалось слишком много времени.
После войны лаборатория была закрыта, оборудование вывезено во Францию, а Феликс остался без работы (сказалось былое членство в национал-социалистической партии). Однако вскоре Ванкель всё же получил должность инженера-конструктора в компании NSU Motorenwerke AG, являющейся одним из старейших производителей мотоциклов и автомобилей.
В 1957 году совместными усилиями Феликса Ванкеля и ведущего инженера NSU Вальтера Фрёде (Walter Froede) роторно-поршневой двигатель впервые был установлен на автомобиль NSU Prinz. Первоначальная конструкция оказалась далека от совершенства: даже для замены свечей требовалось разбирать почти весь «движок», надёжность оставляла желать лучшего, а про экономичность на данном этапе разработки и вовсе говорить было грешно. В результате испытаний в серию пошёл всё же автомобиль с традиционным ДВС. Тем не менее первый роторно-поршневой двигатель DKM-54 доказал свою принципиальную работоспособность, открыл направления для дальнейшей доводки и продемонстрировал колоссальный потенциал «роторников».
Таким образом, новый тип ДВС получил, наконец, свою путёвку в жизнь. В дальнейшем его ждёт ещё немало усовершенствований и доработок. Но перспективы роторно-поршневого двигателя настолько привлекательны, что инженеров уже ничто не могло остановить в деле доведения конструкции до эксплуатационного совершенства.
Прежде чем разбирать достоинства и недостатки роторно-поршневых ДВС, стоит всё-таки подробней рассмотреть их конструкцию.
В центре ротора проделано круглое отверстие, изнутри покрытое зубцами как у шестерёнки. В это отверстие вставлен вращающийся вал меньшего диаметра, также с зубцами, что обеспечивает отсутствие проскальзывания между ним и ротором. Отношения диаметров отверстия и вала подобраны так, чтобы вершины треугольника двигались по одной и той же замкнутой кривой, которая называется «эпитрохоида», — искусство Ванкеля как инженера заключалось в том, чтобы сначала понять, что это возможно, а потом всё точно рассчитать. В итоге, поршень, имеющий форму треугольника Рело, отсекает в камере, повторяющей форму найденной Ванкелем кривой, три камеры переменного объёма и положения.
Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту «роторник» оказывается значительно проще обычного четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу деталей больше.
Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к «цилиндру» ленточными пружинами, а также центробежными силами и давлением газа.
Ещё одна его техническая особенность — это высокая «производительность труда». За один полный оборот ротора (то есть за цикл «впрыск, сжатие, воспламенение, выхлоп»), выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.
После первой же успешной демонстрации роторного ДВС в 1957 году крупнейшие автогиганты стали проявлять к разработке повышенный интерес.
Сначала лицензию на двигатель, получивший неформальное название «ванкель», купила корпорация Curtiss-Wright, через год, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp и Mazda. Всего за весьма короткий промежуток времени лицензии на новую технологию приобрели около ста компаний во всём мире, включая таких монстров как Rolls-Royce, Porsche, BMW и Ford.
Такой интерес к «ванкелю» столь крупных игроков автомобильного рынка объясняется его большим потенциалом и значительными достоинствами — в роторно-поршневом двигателе на 40% меньше деталей, он проще в ремонте и производстве.
К тому же «ванкель» почти в два раза компактней и легче традиционного поршневого ДВС, что в свою очередь улучшает управляемость автомобиля, облегчает оптимальное расположение трансмиссии и позволяет сделать более просторный и удобный салон.
Роторно-поршневой двигатель развивает высокую мощность при довольно скромном расходе топлива. Например, современный «ванкель» объёмом всего 1300 смі развивает мощность в 220 л.
с., а с турбокомпрессором — все 350. Ещё один пример — миниатюрный двигатель OSMG 1400 весом 335 г (рабочий объем 5 смі) развивает мощность в 1,27 л.с. Фактически, эта кроха на 27% сильнее лошади.
Ещё одно важное преимущество — низкий уровень шумов и вибраций. Роторно-поршневой двигатель отлично уравновешен механически, кроме того масса движущихся частей (и их количество) в нём значительно меньше, благодаря чему «ванкель» работает гораздо тише и не вибрирует.
И, наконец, роторно-поршневой двигатель отличается великолепными динамическими характеристиками. На низкой передаче можно без особой нагрузки на движок разогнать автомобиль до 100 км/ч на высоких оборотах двигателя. Кроме того, сама конструкция «ванкеля» за счёт отсутствия механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, способна выдержать большие обороты, чем традиционный ДВС.
После вышедшего в 1964 году NSU Spyder последовали легендарная модель NSU Ro 80 (в мире до сих пор существует множество клубов владельцев этих машин), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973).
Но единственным массовым производителем стала японская Mazda, выпускавшая с 1967 года порой по 2-3 новые модели с РПД. Роторные двигатели ставили на катера, снегоходы и легкие самолеты. Конец эйфории пришел в 1973 году, в разгар нефтяного кризиса. Тут-то и проявился основной недостаток роторных двигателей — неэкономичность. За исключением Mazda, все автопроизводители свернули роторные программы, а у японской компании продажи по Америке сократились со 104960 проданных машин в 1973 году до 61192 — в 1974-м.
Наряду с неоспоримыми достоинствами, «ванкель» также обладал и целым рядом очень серьёзных недостатков. Во-первых, долговечность. Один из первых прототипов роторно-поршневых двигателей на испытаниях выработал свой ресурс всего за два часа. Следующий, более успешный DKM-54 уже выдержал сто часов, но этого для нормальной эксплуатации автомобиля всё равно было недостаточно. Основная проблема крылась в неравномерном износе внутренней поверхности рабочей камеры. На ней в процессе эксплуатации появлялись поперечные борозды, которые получили говорящее имя «метки дьявола».
В компании Mazda после приобретения лицензии на «ванкель» был сформирован целый отдел, занимавшийся усовершенствованием роторно-поршневого двигателя. Довольно скоро выяснилось, что при вращении треугольного ротора, заглушки на его вершинах начинают вибрировать, в результате чего и образуются «метки дьявола».
В настоящее время проблему надежности и долговечности окончательно решили, применив высококачественные износостойкие покрытия, в том числе керамические.
Другая серьезная проблема — повышенная токсичность выхлопа «ванкеля». По сравнению с обычным поршневым ДВС «роторник» выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов, за счёт неполного сгорания топлива. Довольно быстро инженеры Mazda, уверовавшие в блестящее будущее «ванкеля», нашли простое и эффективное решение и этой проблемы. Они создали так называемый термальный реактор, в котором остатки углеводородов в выхлопных газах просто «дожигались». Первым автомобилем, реализовавшим такую схему, стал Mazda R100, также называемый Familia Presto Rotary, выпущенный в 1968 году.
Эта машина, одна из немногих, сразу прошла весьма жёсткие экологические требования, выдвинутые США в 1970 году для импортируемых авто.
Следующая проблема роторно-поршневых двигателей частично вытекает из предыдущей. Это экономичность. Расход топлива стандартного «ванкеля» из-за неполного сгорания смеси существенно выше, чем у стандартного ДВС. И снова инженеры Mazda принялись за работу. При помощи целого комплекса мер, включающих переработку термореактора и карбюратора, добавление теплообменника в выхлопную систему, разработку каталитического конвертера и внедрение новой системы зажигания, компания добилась снижения потребления топлива на 40%. В результате этого несомненного успеха в 1978 году был выпущен спортивный автомобиль Mazda RX-7.
Стоит отметить, что в это время во всём мире машины с роторно-поршневыми двигателями выпускала только Mazda и… АвтоВАЗ.
Именно в провальном 1974 году советское правительство создает на Волжском автозаводе специальное конструкторское бюро РПД (СКБ РПД) — социалистическая экономика непредсказуема.
В Тольятти начались работы по строительству цехов для серийного производства «ванкелей». Поскольку ВАЗ изначально планировался как простой копировальщик западных технологий (в частности, фиатовских), заводскими специалистами было принято решение воспроизводить двигатель Mazda, напрочь откинув все десятилетние наработки отечественных двигателестроительных институтов.
Советские чиновники довольно долго вели переговоры с Феликсом Ванкелем на предмет покупки лицензий, причем некоторые из них проходили прямо в Москве. Денег, правда, не нашли, и поэтому воспользоваться некоторыми фирменными технологиями не удалось. В 1976 году заработал первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с., еще пять лет ушло на доводку конструкции, после чего была выпущена опытная партия в 50 штук роторных «единичек» ВАЗ-21018, мгновенно разошедшихся среди работников ВАЗа. Тут же выяснилось, что двигатель только внешне напоминал японский — сыпаться он стал очень даже по-советски. Руководство завода было вынуждено за полгода заменить все двигатели на серийные поршневые, сократить на половину штат СКБ РПД и приостановить строительство цехов.
Спасение отечественного роторного двигателестроения пришло от спецслужб: их не очень интересовал расход топлива и ресурс двигателя, зато сильно — динамические характеристики. Тут же из двух двигателей ВАЗ-311 был сделан двухсекционный РПД мощностью 120 л.с., который стал устанавливаться на «спецединичку» — ВАЗ-21019. Именно этой модели, получившей неофициальное название «Аркан», мы обязаны бесчисленным количеством баек про милицейские «Запорожцы», догоняющие навороченные «Мерседесы», а многие стражи порядка — орденами и медалями. До 90-х годов внешне непритязательный «Аркан» действительно легко догонял все машины. Помимо ВАЗ-21019 на АвтоВАЗе также выпускаются малые партии автомобилей ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Максимальная скорость роторной «восьмерки» составляет около 210 км/ч, а до сотни она разгоняется всего за 8 секунд.
Оживший на спецзаказах СКБ РПД стал делать двигатели для водного и автоспорта, где машины с роторными двигателями стали настолько часто завоевывать призовые места, что спортивные чиновники были вынуждены запретить применение РПД.
В 1987 году умер руководитель СКБ РПД Борис Поспелов и на общем собрании был выбран Владимир Шнякин — человек, пришедший в автомобилестроение из авиации и недолюбливающий наземный транспорт. Главным направлением СКБ РПД становится создание двигателей для авиации. Это была первая стратегическая ошибка: самолетов у нас выпускается несоизмеримо меньше автомобилей, а завод живет с проданных двигателей.
Второй ошибкой стала ориентация в сохранившемся производстве автомобильных РПД на маломощные двигатели ВАЗ-1185 в 42 л.с. для «Оки», хотя более прожорливые, но более динамичные роторные двигатели так и просятся на самые быстроходные отечественные машины — например, на «восьмерки». Те же японцы устанавливают «ванкели» только на спортивные модели. В итоге на российских дорогах оказалось всего несколько роторных микролитражек «Ока». В 1998 году был наконец-то подготовлен гражданский вариант двухцилиндрового роторного 1,3-литрового двигателя ВАЗ-415, который стали устанавливать на ВАЗ-2105, 2107, 2108 и 2109.
В мае 1998 г был омологирован кольцевой ВАЗ-110 «РПД-спорт» (190 л. с., 8500 об/мин, 960 кг, 240 км/ч). Увы, дальше одного-единственного образца, чаще демонстрируемого на выставках, чем стартующего в гонках, дело не пошло. 110-я была самой мощной в пелотоне, но откровенно сырая конструкция всякий раз не давала ей продемонстрировать весь свой потенциал. Однако обидней всего то, что на «ВАЗе» быстро охладели к роторному направлению, а уникальную «Ладу» переделали в ралли-кар с обычным ДВС.
Так почему же все ведущие производители автомобилей ещё не пересели на «ванкели»? Дело в том, что для производства роторно-поршневых двигателей требуется, во-первых, отточенная технология со множеством самых разнообразных нюансов и далеко не каждая компания готова пройти путь той же Mazda, попутно наступая на многочисленные «грабли». А во-вторых, нужны специальные высокоточные станки, способные вытачивать поверхности, описанные такой хитрой кривой как эпитрохоида.
Mazda RX-7 — это один из первых автомобилей, на котором ставился роторно-поршневой двигатель Ванкеля. За всю историю Mazda RX-7 было четыре поколения. Первое поколение с 1978 по 1985 год. Второе поколение — с 1985 по 1991. Третье поколение — с 1992 по 1999. Последнее, четвёртое поколение — с 1999 по 2002 год. Первое поколение RX-7 появилось в 1978 году. Оно имело среднемоторную компоновку и оснащалось роторным двигателем мощностью всего 130 л. с.
В настоящее время только Mazda занимается серьёзными исследованиями в области роторно-поршневых двигателей, постепенно совершенствуя их конструкцию, и большая часть подводных камней в этой области уже пройдена. «Ванкели» вполне соответствуют мировым стандартам по уровню токсичности выхлопа, потреблению топлива и надёжности. Для современных станков поверхности описанные эпитрохоидой не являются проблемой (как не являются проблемой и куда более сложные кривые), новые конструкционные материалы позволяют увеличить срок службы роторно-поршневого двигателя, а его стоимость уже сейчас оказывается ниже, чем у стандартного ДВС за счёт меньшего количества используемых деталей.
Как и NSU, Mazda в 60-е гг. была небольшой компанией с ограниченными техническими и финансовыми ресурсами. Основу ее модельного ряда составляли развозные грузовички да семейные малолитражки. Поэтому нет ничего удивительного, что спорт-купеMazda 110S Cosmo (982 см куб., 110 л. с., 185 км/ч) создавалось более 6 лет и оказалось весьма капризным и дорогим. Да и подпорченная NSU Ro80 репутация не способствовала ажиотажу (в 1967–1972 гг. нашли своих владельцев только 1175 «космосов»), но мировой интерес к 110S способствовал увеличению продаж всей остальной продукции фирмы!
Чтобы доказать, что РПД столь же надежен (его превосходство в мощности уже стало для всех очевидным), Mazda чуть ли не впервые в жизни приняла участие в соревнованиях, причем выбрала самую трудную и продолжительную гонку – 84-часовой Marathon De La Route, проходивший на Нюрбургринге. Как экипажу из Бельгии удалось занять 4-е место (вторая машина сошла с дистанции за три часа до финиша из-за заклинивших тормозов), уступив только «выросшим» на «Нордшляйфе» Porsche 911, похоже, так и останется загадкой.
Мастерская Ванкеля в Линдау
Хотя с тех пор японские «роторники» стали завсегдатаями гоночных трасс, крупного успеха в Европе им пришлось ждать 16 лет. В 1984-м британцы на RX-7 выиграли престижную суточную гонку в Спа-Франкошамп. А вот в США, на главном рынке «семерки», ее гоночная карьера складывалась куда успешнее: с момента дебюта в чемпионате IMSA GT в 1978 году и по 1992-й она выиграла в своем классе более сотни этапов, причем с 1982 по 1992 гг. первенствовала в главной гонке серии – 24 hours of Daytona.
В ралли у «Мазд» все шло не так гладко. Как это часто бывало с японскими командами (Toyota, Datsun, Mitsubishi), они выступали только на отдельных этапах раллийного чемпионата мира (Новая Зеландия, Великобритания, Греция, Швеция), интересующих в первую очередь маркетинговые отделы концернов. Национальных титулов хватало: так, в 1975–1980 гг. Род Миллен выиграл целых пять в Новой Зеландии и США. А вот в WRC успехи были исключительно локальными: лучшее, что показали RX-7, – 3-е и 6-е места в греческом «Акрополисе» 1985 года.
Ну а самым громким успехом Mazda вообще и РПД в частности стала победа ее спортпрототипа 787B (2612 см куб., 700 л. с., 607 Нм, 377 км/ч) в Ле Мане в 1991 году. Причем одолеть заводскиеPorsche, Peugeot и Jaguar помогли не только быстрые пилоты и конкурентоспособная техника: свою роль сыграла и настойчивость японских менеджеров, регулярно «выбивавших» для роторников всевозможные послабления в регламенте. Так, накануне победы 787-го организаторы гонки согласились компенсировать прожорливость «роторников» 170-килограммовым (830 против 1000) снижением массы. Парадокс заключался в том, что, в отличие от бензиновых моторов, «аппетит» РПД при дальнейшей форсировке рос куда более скромными темпами, чем у обычных поршневых моторов, и 787-й оказался экономичней своих основных конкурентов!
Это был шок. Mercedes, который журнал Stern за консерватизм называл не иначе как «производитель авто для 50-летних господ в шляпах», в 1969 году презентовал супер-кар, поражавший воображение даже цветом.
Вызывающая ярко-оранжевая окраска, подчеркнуто клиновидная форма, среднемоторная компоновка, двери «крыло чайки» и сверхмощный трехсекционный РПД (3600 см куб., 280 л. с., 260 км/час) – для консервативного Mercedes это было нечто!
А поскольку в компании не строили концептов, все считали, что у С111 только один путь: мелкосерийная (омологационная) сборка и большое гоночное будущее, ведь с 1966 года ФИА допустила РПД к официальным соревнованиям. И в штаб-квартиру Mercedes посыпались чеки с просьбой вписать нужную сумму за право обладать С111. Штутгартцы же еще больше подогрели интерес к «эске», в 1970 г. представив вторую генерацию купе с еще более фантастическим дизайном, 4-секционным ротором и умопомрачительными характеристиками (4800 см куб., 350 л. с., 300 км/час). Для доводки Mercedes построил пять макетов, которые дневали и ночевали на Хокенхаймринге и Нюрбургринге, готовясь установить серию рекордов скорости. Пресса смаковала предстоящую «битву титанов» между роторным Mercedes, атмосферным Ferrari и наддувным Porsche в чемпионате мира по гонкам на выносливость.
Увы, возвращение в большой спорт не состоялось. Во-первых, С111 был очень дорогим даже для Mercedes, во- вторых, немцы не могли пустить в продажу столь сырую конструкцию. А после карибского нефтяного кризиса они вообще прикрыли проект, сосредоточившись на дизельных двигателях. Ими и оборудовали последние версии C111, установившие несколько мировых рекордов.
Не имеющий законченного технического образования, под конец жизни Феликс Ванкель достиг мирового признания в области двигателестроения и уплотнительной техники, завоевав массу наград и титулов. Его именем названы улицы и площади немецких городов (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring). Помимо двигателей, Ванкель разработал новую концепцию скоростных судов и самостоятельно построил несколько лодок.
Самое интересное, что роторный двигатель, который сделал его миллионером и принес ему всемирную славу, Ванкель не любил, считая его «гадким утенком». Реальные работающие РПД были сделаны по так называемой «концепции ККМ», предусматривающей планетарное вращение ротора и требующей введения внешних противовесов.
Немалую роль сыграл и тот факт, что эту схему предложил не Ванкель, а инженер NSU Вальтер Фройде. Сам же Ванкель до последних дней считал идеальной схему двигателя «с вращающимися поршнями без неравномерно вращающихся частей» (Drehkolbenmasine — DKM), концептуально гораздо более красивую, но технически сложную, требующую, в частности, установки свечей зажигания на вращающемся роторе. Тем не менее, роторные двигатели во всем мире связывают именно с именем Ванкеля, поскольку все, кто близко знал изобрателя, в один голос утверждают, что что без неуемной энергии немецкого инженера мир так и не увидел бы этого удивительного устройства. Фелик Ванкель ушел из жизни в 1988 году.
Любопытна история с Mercedes 350 SL. Ванкель очень хотел иметь роторный Mercedes С-111. Но фирма Mercedes не пошла ему навстречу. Тогда изобретатель взял серийный 350 SL, выкинул оттуда «родной» двигатель и установил ротор от С-111, который был легче прежнего 8-цилиндрового на 60 кг, но развивал существенно большую мощность (320 л.
с. при 6500 об/мин). В 1972 году, когда инженерный гений закончил работу над своим очередным чудом, он мог бы сидеть за рулем самого быстрого на тот момент «Мерседеса» SL-класса. Ирония заключалась в том, что водительские права Ванкель до конца жизни так и не получил.
Возрождением интереса к РПД мы обязаны новому двигателю Mazda Renesis (от RE — Rotary Engine — и Genesis). За прошедшее десятилетие японским инженерам удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с предшественником, удалось сократить потребление масла на 50%, бензина на 40% и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухцилиндровый двигатель объемом всего 1,3 л выдает мощность в 250 л.с. и занимает гораздо меньше места в двигательном отсеке.
Специально под новый двигатель был разработан автомобиль Mazda RX-8, который, по словам брэнд-менеджера Mazda Motor Europe Мартина Бринка, создавался по новой концепции — автомобиль «строился» вокруг двигателя.
В итоге развесовка по осям RX-8 идеальна — 50 на 50. Использование уникальной формы и маленьких размеров двигателя позволило поместить центр тяжести очень низко. «RX-8 не явяляется гоночным монстром, но это лучшая в управлении машина, которую я когда-либо водил», — с восторгом рассказывал Popular Mechanics Мартин Бринк.
Бочка меда…
Вне всяких сомнений, с первого взгляда роторно-поршневой двигатель имеет массу преимуществ перед традиционными двигателями внутреннего сгорания:
— Меньшим на 30-40% количеством деталей;
— Меньшими в 2-3 раза габаритами и массой, по сравнению с соответствующим по мощности стандартным ДВС;
— Плавная характеристика крутящего момента во всем диапазоне оборотов;
— Отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а, следовательно, гораздо меньший уровень вибрации и шума;
— Высокий уровень оборотов (до 15000 об/мин!).
Ложка дегтя…
Казалось бы, если «Ванкель» имеет такие превосходства над поршневым двигателем, то кому нужны эти громоздкие, тяжелые, гремящие и вибрирующие поршневые двигатели? Но, как это часто бывает, на практике все далеко не так шоколадно.
Ни одно гениальное изобретение, выйдя за порог лаборатории, отправлялось в корзину с пометкой «для мусора». Серийное производство нашло не на один камень, а на целую россыпь гранита:
— Отработка процесса сгорания в камере неблагоприятной формы;
— Обеспечение герметичности уплотнений;
— Обеспечение работы без коробления корпуса в условиях неравномерного нагрева;
— Низкий термический КПД ввиду того, что камера сгорания РПД намного больше, чем у традиционного ДВС;
— Высокий расход топлива;
— Высокая токсичность газообразных продуктов сгорания;
— Узкая зона температур для работы РПД: при низких температурах мощность двигателя резко падает, при высоких — быстрый износ уплотнений ротора.
И чего же больше? Плюсов, или минусов? Стоит ли овчинка выделки? Имеет ли смысл (если не больше — возможность) осваивать серийное производство РПД?
[источники]
источники
http://www.cars-area.ru/cgi/anons?menu_item=anons&anons_id=89
http://c400.
ru/index.php?newsid=9671
http://moole.ru/blog/midnight/news/39066-motor-vankelja.html
Подскажу вам что еще интересного можно почитать из сферы автомобилестроения: вот Советский паровой автомобиль, а вот Как шведы руль меняли. Ну и что нас ждет, может быть автомобиль с ядерным двигателем Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — http://infoglaz.ru/?p=31049
Двигатель Ванкеля | Роторные двигатели
Единственной на сегодняшний день выпускаемой в промышленных масштабах моделью роторного мотора является двигатель Ванкеля, который относится к типу роторных двигателей с планетарным круговым движением главного рабочего элемента. Такая конструктивная компоновка роторного двигателя является, несомненно, самойпростой по своему техническому устройству, но не самой оптимальной по способу организации рабочих процессов и поэтому имеет свои неотъемлемые и серьезные недостатки.
Роторных двигателей с планетарным движением главного рабочего элемента существует достаточно много разновидностей, но по существу они отличаются друг от друга лишь количеством граней ротора и соотвествующей формой внутренней поверхности корпуса . Приведенные схемы разных компоновок подобных моторов взяты из книги «Судовые роторные двигатели», издания 1967 года, авторов Е.Акатов, В.Бологов и др. и подготовлены к публикаци в электронном виде автором этого сайта.
Роторный двигатель
Кратко рассмотрим саму конструкцию двигателя этого типа вместе с историей его появления и сферой применения. История создания роторных двигателей с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента начинается в 1943 году, когда изобретатель Майлар предложил первую подобную схему. Потом в течение короткого времени было подано еще несколько патентов на двигатели подобной схемы. В том числе и разработчик германской фирмы NSU – В. Фреде. Но главным слабым местом этой схемы роторного двигателя были системы уплотнений между ребрами на стыке соседних граней вращающегося треугольного ротора и стенками неподвижного корпуса.
Вот к решению к этой сложной инженерной задачи и был подключен Р.Ванкель как специалист по уплотнениям. Вскоре, благодаря своей энергичности и инженерному мышлению он стал лидером группы разработчиков. В 1957 году в лаборатории фирмы NSU построили прототип роторного двигателя типа «DKM», с треугольным ротором и рабочей камерой в форме капсулы, в которой ротор был неподвижным, а корпус вращался вокруг него. Гораздо более практичным был вариант компоновки типа «KKM» с нормальной схемой — рабочая камера в корпусе была неподвижной, а в ней вращался ротор. Этот мотор появился годом позже, в 1958-м. В ноябре 1959 года NSU официально объявила о создании работающего роторного двигателя. За короткое время около 100 компаний во всём мире приобрели лицензии на эту технологию, при этом 34 из них были японскими.
Мотор оказался очень небольшим, мощным и имел мало деталей. В Европе начались продажи машин с роторными двигателями, но как оказалось у них мал моторесурс, они потребляли много топлива и имели очень токсичный выхлоп.
Нефтяной кризис 1973 года из-за очередной арабо-израильской войны, когда цены на бензин увеличились в несколько раз, резко поставил вопрос об экономичности автомобильных моторов. Из-за этого в Европе и Америке попытки довести роторный двигатель Ванкеля до нужной степени совершенства были прекращены. И только японская компания Mazda упорно продолжала работы в этом направлении. А еще советский завод ВАЗ – так как бензин в то время в СССР стоил копейки, а мощный, хотя и с малым ресурсом, мотор был нужен силовым ведомствам. Но в 2004 году малосерийное производство на ВАЗе было закрыто и на сегодняшний момент Mazda является единственным автопроизводителем, который серийно выпускает автомобили с роторным двигателем. В настоящее время в мире серийно выпускается лишь один автомобиль с роторным двигателем системы Ванкеля – это спортивное купе Mazda RX-8. На этой машине устанавливается мотор «RENESIS» с двумя роторными секциями общим объемом 1,3 литра. Двигатель исполняется в нескольких вариантах с мощностью от 200 до 250 л.
с.
.
После краткого обзора истории роторного двигателя с планетарным движением ротора остановимся на рассмотрении его преимуществ и недостатков. ПРЕИМУЩЕСТВА роторного двигателя Ванкеля по сравнению с традиционными поршневыми моторами: 1) Повышенная удельная мощность (л.с./кг), она практически в два раза превышает этот показатель поршневых 4-х тактных двигателей. Масса неравномерно движущихся частей в двигателе Ванкеля гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, и амплитуда таких неуравновешенных движений заметно меньше. Это происходит из-за того, что в «поршневике» осуществляются возвратно- поступательные движения, а в двигателе Ванкеля- вращательные, планетарной схемы. К тому же в двигателе Ванкеля отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
На повышенную мощность Ванкеля играет и то, что такой двигатель однороторной конструкции выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового 4-х тактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала.
Именно по этим причинам с единицы объема камеры сгорания в серийном роторном моторе Ванкеля снимается гораздо большая мощность. При объёме рабочей камеры 1300 см Mazda RX-8 имеет мощность 200 л.с – 250 л.с., а прежняя модель Mazda RX-7, с мотором такого же объема, но с турбокомпрессором выдавала 350 л.с.
Именно поэтому особым признаком Mazda RX являются отличные динамические характеристики:
- на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более).
- двигатель Ванкеля гораздо легче механически уравновесить и избавиться от вибрации, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей;
- габаритные размеры роторно-поршневого двигателя меньше в 1,5—2 раза в соотношении со сравнимым по мощности поршневым мотором.
В двигателе Ванкеля на 35 — 40 % меньшее количество деталей.
Недостатки:
1) Малая длина рабочего хода грани треугольного ротора, Хотя эти показатели напрямую с поршневым мотором сравнивать сложно – слишком различны типы движений поршня и ротора, но у двигателя Ванкеля примерно на пятую часть меньше длина рабочего хода.
Тут есть одно коренное отличие Ванкеля от поршневого мотора- у «поршневика» идет увеличение объема в направлении одного линейного направления, которое совпадает с направлением рабочего хода. А у Ванкеля – это движение сложное и только часть траектории перемещения треугольного ротора с планетарным движением становится собственно линией рабочего хода. (РИС.) Именно поэтому у двигателя Ванкеля топливная эффективность хуже, чем у поршневых моторов. Поэтому из-за малой длины рабочего хода очень высока температура выхлопных газов – рабочие газы не успевают передать основное свое давление на ротор, как уже открывается выхлопное окно и горячие газы высокого давления с еще не прекратившими горение объемными фрагментами рабочей смеси выходят в выхлопную трубу. Поэтому температура выхлопных газов у двигателя Ванкеля очень высока.
2) Сложная форма камеры сгорания «серповидной» формы. У такой камеры сгорания большая поверхность контакта газов со стенками корпуса и ротором. Поэтому значительная честь тепла уходит на нагрев деталей мотора, а это снижает тепловой КПД и усиливает нагрев мотора.
Кроме того, такая форма камеры сгорания приводит к ухудшению смесеобразования и замедлению скорости горения рабочей смеси. Поэтому на моторе Mazda RX-8 стоят 2 свечи зажигания на одной роторной секции. Эти особенности так же отрицательно влияют на уровень термодинамического КПД.
3) Потенциально невысокий для роторного мотора крутящий момент. Для того чтобы снять вращение с движущегося ротора, центр вращения которого сам непрерывно осуществляет планетарное вращение по круговой траектории вокруг геометрического центра рабочей камеры, в этом двигателе применяется эксцентрично расположенные на главном валу диски. По сути дела – это элементы кривошипного устройства. То есть двигатель Ванкеля так и не смог полностью избавиться от главного недостатка классических поршневых ДВС – кривошипно – шатунного механизма. Хоть он и представлен в моторе Ванкеля в своем облегченном варианте – в виде эксцентрикового вала, но самые главные пороки этого механизма: рваный, пульсирующий режим крутящего момента и малое плечо главного элемента, воспринимающего крутящий момент – так и остались «не излеченными».
(РИС.) Именно поэтому односекционный Ванкель малоработоспособен и нужно делать 2 или 3 роторные секции для получений нормальных рабочих характеристик, еще желательно ставить на вал дополнительно и маховик. Кроме наличия в двигателе Ванкеля кривошипного механизма, на малый для роторного двигателя крутящий момент еще влияет и то, что кинематическая схема такого мотора устроена очень нерационально с точки зрения восприятия поверхностью ротора давления рабочих газов расширения. Поэтому лишь некоторая часть давления – около трети – переводится в рабочее вращение ротора и создает крутящий момент. Подробнее крутящем моменте поговорим в специальном разделе сайта.
Подробно о принципе возникновения крутящего момента в роторном двигателе Ванкеля Смотри на страничке сайта КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ
4) Присутствие в корпусе вибраций. Дело в том, что система роторного мотора с планетарным движением рабочего элемента предполагает неравновесное движение этого органа. Т.е. при вращении центр масс ротора совершает непрерывное вращательное движение вокруг центра масс корпуса и радиус этого вращения равен плечу эксцентрика главного вала мотора. Именно поэтому на корпус мотора действует изнутри постоянно вращающийся вектор силы, равный центробежной силе, возникающей на роторе. То есть ротор при вращении на вращающемся в свою очередь эксцентриковом валу имеет в характере своего движения неизбежные и выраженные элементы колебательного движения. Что и приводит к неизбежности вибраций. (РИС.)
5) Быстрый износ торцевых радиальных уплотнений на углах треугольника ротора, так как на них идет сильная радиальная нагрузка, неизбежная в двигателе Ванкеля по самому его принципу работы. (РИС.)
6) Постоянная угроза прорыва газов высокого давления из полости одного рабочего такта в полость другого такта. Это происходит потому, что контакт радиального уплотнения ребра ротора и стенки камеры сгорания происходит по одной тонкой линии. При этом еще существует проблема прорыва газов через гнезда установки свечей, когда над ними проходит ребро ротора.
7) Сложная система смазки вращающегося ротора. В моторе Mazda RX-8 специальные форсунки впрыскивают масло в камеры сгорания для смазки трущихся при вращении о стенки камеры сгорания ребер ротора.
Это усиливает токсичность выхлопа и одновременно делает мотор очень требовательным к качеству масла. Кроме того, при высоких оборотах возникает повышенные требования к смазке цилиндрической поверхности эксцентриковой части главного вала, вокруг которой вращается ротор, и которая снимает главное усилие с ротора и переводит во вращение вала. Именно эти две технические трудности, решить которые весьма непросто, приводили к недостаточной смазке на высоких оборотах наиболее нагруженных трением деталей такого мотора, а это, соответственно, резко уменьшало моторесурс двигателя. Именно недостаточное решение таких технических задач приводило к очень малому ресурсу моторов Ванкеля, которые выпускал отечественный АвтоВАЗ. (РИС.- указать цилиндрическую поверхность контакта внутреннего гнеда ротора и эксцентр диска вала)
8) Высокие требования к точности исполнения деталей сложной формы делают такой мотор сложным в производстве. Такое производство требует высокоточного и дорогого оборудования — станков, способных создавать сложные объемы рабочей камеры с криволинейной эпитрохоидальной поверхностью.
Сам ротор так же имеет форму сложного треугольника с выпуклыми поверхностями.
***
Как видно из содержания этого раздела сайта, роторный двигатель Ванкеля имеет выраженные преимущества, так и большое количество практически непреодолимых недостатков, которые так и не позволили этому типу двигателей вытеснить поршневые моторы из арсенала современной техники. Хотя такие перспективы всерьез обсуждались в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века, и в аналитических обзорах высказывались мнения, что к концу 80-х годов 20-го века более половины автомобилей планеты будут уже иметь роторные двигатели разных типов…. И, несмотря на наличие отрицательных черт и технических трудностей, роторный двигатель Ванкеля смог появиться технически и состоятся как коммерчески дееспособный вид продукции, потому что недостатки его главных конкурентов – поршневых моторов с кривошипно – шатунными механизмами оказываются еще серьезнее и многочисленнее.И это, не смотря на более века попыток их совершенствования.
***
ПРОДОЛЖЕНИЕ РАЗГОВОРА О РОТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ ВАНКЕЛЯ
сентябрь 2016г. Одна из самых трудных проблем всех типов роторных двигателей- это создание эффективной системы уплотнений, которая должна создавать замкнутый объём в рабочих камерах роторного двигателя. Пока в схеме типа Тверской это является одной из главных трудностей. Там предстоит сделать эффективную и непростую в изготовлении систему уплотнений.И чтобы потренировать руку и получить положительный опыт в таком деле, я решил создать небольшой рабочий экземпляр двигателя Ванкеля прямо с «ноля». Работа уже идет к концу- прилагаю фото такого моторчика.
УплотненияОриентировочная мощность одной такой роторной секции предполагается около 35-40 л.с.. Мотор из 2-х роторных секций ожидается мощностью в 70-80 л.с..
***
ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ — ДЕКАБРЬ
25 декабря 2016г Изготовлене малого Ванкеля идет в оптимальном ритме.
Двигатель готов на 95%, остаются небольшие мелочи.
Так как на некоторых площадких в интернете эти мои фото уже обсуждаются и вокруг них накручиваются немало фантазий- сообщаю.
Двигатель создан с «НОЛЯ», ни одной детали из посторонних моделей в нем нет. В нем нет ни деталей от Sachs Wankel, которые уже не выпускаются лет 30, ни от современных малых современных aixro и пр. и др.
Кормпус двигателя выполнен из конструкционной легированной термостойкой стали, подвергнутой термохимическому упрочнению.Твердость поверхностного слоя имеет показатель в 70 HRC. Глубина термоупроченного слоя состовляет в среднем 1,5 мм.Точно так же обработаны и до таких же показателей твердости и износоустойчивости доведены радиальные и торцевые уплотнения.Двигатель имеет воздушное охлаждение, масло для смазки будет подаваться в камеру сжатия через 2-е специальные форсунки. Т.е. не нужно будет мешать масло с бензином как в 2-х тактных моторах.
Двиигатель Ванкеля
Двигатель Ванкеля на холодной обкатке.
Двигатель поставлен на токарный станок и в течение нескольких часов подвергался холодной обкатке. Это позволило оценить работу уплотнений и герметичность получаемых секций в двигателе как вполне благополучную. В ближайшее время будет замеряно давление, которое получается в секторе сжатия мотора.
Запуск двигателя планируется на конец января.
ВОЗОБНОВЛЕНИЕ РАБОТЫ ПОСЛЕ ПАУЗЫ
После некоторого перерыва активные работы возобновлены. Сейчас (март-май 18г) идут активные пробные прокрутки малой опытной модели двигателя. По ее итогам идет доработка уплотнений — самого трудного и деликатного элемента в роторных двигателях. Результаты весьма обнадеживающие.
Роторно поршневой двигатель Ванкеля (Vankel)
Технические характеристики:
Тип: Роторно поршневой
Рабочий объем: 4,9 см.
куб.
Рабочие обороты: 2500-18000 об.мин
Мощность: 1,27 Л.С при 17000 об.мин.
Вес с глушителем: 385 грамм
Рекомендованный состав топлива:
Метанол: 70-75%
Касторовое масло: 25%
Нитрометан: 5-15%
Рекомендованный винт:
Можно устанавливать винты от 9х6 до 11х5
Инструкция к двигателю. PDF
В пятидесятых годах впервые на страницах прессы появились сообщения о новом типе двигателя внутреннего сгорания, отличающемся мощностью и компактностью в сравнении с обычными типами двигателей. Этот тип двигателя все шире используется в автомобилях.
В нашей стране также ведутся работы по модификации этого двигателя. В последние годы был построен авиамодельный вариант рассматриваемого мотора, который стал использоваться на летающих моделях.
Основные отличия его от обычных поршневых двигателей заключаются в отсутствии кривошипно-шатунного механизма, создающего большие инерционные силы при высоких оборотах вала двигателя. Кроме того, система имеет высокую уравновешенность, что ведет к уменьшению вибраций, возникающих при работе. Модельные двигатели Vankel строятся в ФРГ серийно фирмой NSU совместно с фирмой OS. Этот микродвигатель получил название роторно-поршневого.
Общий вид двигателя Vankel
На рисунке 63 показана схема роторно-поршневого двигателя Vankel, по принципу которого построены все модельные моторы этого типа. Вал вращается в подшипниках, установленных в корпусе двигателя. На валу находится цилиндрический, жестко закрепленный эксцентрик, со свободно посаженным ротором-поршнем, способным вращаться относительно эксцентрика. На боковой стенке корпуса имеется шестерня с внешним зацеплением, установленная неподвижно; она входит в зацепление с зубчатым колесом, установленным на роторе-поршне и имеющим внутреннее зацепление.
Детали двигателя Vankel
Эксцентрик вместе с валом вращается в направлении, указанном стрелкой (рис. 64). Когда точка 1, лежащая на образующей эксцентрика, займет положение, занимаемое точкой 2, тогда ротор-поршень переместится в некоторое положение, которое определяется передаточным числом зубчатого зацепления — для модельных двигателей, равное 3 : 2, т. е. при трех оборотах эксцентрикового вала по часовой стрелке ротор-поршень совершит только два оборота. Поэтому относительно неподвижного корпуса ротор-поршень за это время совершит один оборот в том же направлении, что и вал.
Принципиальная схема двигателя Vankel
Ротор-поршень разделяет внутреннюю полость статора на три объема, которые при его движении изменяются, причем в каждом из них происходят рабочие процессы цикла. Когда ротор-поршень занимает положение I, то в объеме происходит всасывание рабочей смеси; при дальнейшем движении поршня в этом же объеме происходит сжатие рабочей смеси и подготовка ее к сгоранию.
Повернувшись на определенный угол, ротор-поршень займет положение III, при котором рабочая смесь, продолжая сжиматься, входит в зону действия калильной свечи. Из-за так называемого «периода запаздывания» воспламенение рабочей смеси произойдет за время передвижения ротора-поршня на некоторый угол поворота эксцентрикового вала. Далее происходит рабочий ход и выпуск (IV, V). Такие же процессы в той же последовательности имеют место и в других объемах, ограниченных гранями ротора-поршня. Таким образом, его полный оборот по своему действию аналогичен трех-цилиндровому двухтактному двигателю. За полный цикл происходит три рабочих хода.
Схема рабочего процесса двигателя Vankel
Газораспределение в микродвигателе Vankel осуществляется ротором-поршнем, который перекрывает впускные и выпускные каналы. В положении IV происходит перекрытие выпускных и впускных каналов.
Фото обзор модельного роторно поршневого двигателя
Роторный двигатель.
Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора.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.
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 двигательЭта 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).
По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.
NSU Ro-80В 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 RX8 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.
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 двигательВ 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.
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.
роторный двигатель Мазда RX-8В-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.
В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.
Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.
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.
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.
Проблема с роторными двигателями: инженерное объяснение
Масса мощности в крошечном, простом и легком корпусе. В роторном двигателе Ванкеля есть за что любить, но недостаточно, чтобы поддерживать его жизнь. Давайте посмотрим, что пошло не так
Они компактны, мощны и издают потрясающий шум.Так почему же роторные двигатели так и не стали популярными, и почему единственный производитель, который ее отстаивал, почти отказался от этой концепции? Давайте проведем вас через это.
NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем в мире, у которого плавились задние шины под действием роторного двигателя Ванкеля. Автомобильный дебют Ванкеля готовился десятилетиями, хотя продолжительность его жизни была относительно короткой и закончилась Mazda RX-8 2011 года.
Это приводит нас к нескольким вопросам:
- Как работает роторный двигатель?
- Какие преимущества у этого двигателя? (Зачем это было сделано?)
- Какие недостатки имеет двигатель? (Почему он умер?)
1.Как работает роторный двигатель?
Процесс роторного двигателя очень похож на то, что происходит в традиционном двигателе с поршневым цилиндром. Отличие в том, что вместо поршней ротор треугольной формы, а вместо цилиндров корпус, напоминающий овал.
Впуск
Когда ротор движется внутри корпуса, небольшой воздушный карман расширяется в больший карман, создавая таким образом вакуум.Этот вакуум воздействует на впускные отверстия, из которых воздух и топливо затем всасываются в камеру сгорания.
Сжатие
Ротор продолжает вращаться, прижимая топливовоздушную смесь к плоской стороне корпуса ротора.
1 МБ
Привет Итану Смейлу за эпический GIF!Мощность
Две свечи зажигания используются для воспламенения воздушно-топливной смеси, помогая ускорить процесс сгорания и обеспечить сгорание большей части топлива, что заставляет ротор продолжать вращаться.
Выхлоп
Подобно такту впуска, ротор перемещается до тех пор, пока не станут доступными выпускные отверстия, а затем выхлопные газы под высоким давлением вытесняются наружу, когда ротор закрывает корпус.
Важно понимать, что, в отличие от двигателя с поршневым цилиндром, в одном корпусе ротора все эти процессы происходят почти одновременно. Это означает, что в то время как всасывание происходит на одной части ротора, также происходит рабочий ход, что приводит к очень плавной подаче мощности и большому количеству мощности в небольшом пакете.
2. Какие преимущества имеет двигатель Ванкеля?
Масса к мощности
Одним из самых больших преимуществ роторного двигателя был его размер.
Двигатель 13B Mazda RX-7 занимал около одного кубического фута объема, но производил значительную мощность для своих небольших размеров.
Меньше движущихся частей
Часто в инженерии самое простое решение оказывается одним из лучших. Роторный двигатель резко сокращает количество деталей, необходимых для сгорания, поскольку в двухроторном двигателе вращаются всего три основных компонента.
Плавный и высокооборотный
Роторный двигатель не имеет возвратно-поступательной массы, как клапаны или поршни в традиционном двигателе.Это приводит к невероятно сбалансированному двигателю с плавной подачей мощности и способностью развивать высокие обороты, не заботясь о таких вещах, как поплавок клапана.
3. Почему Роторный Двигатель Умер?
youtube.com/embed/v3uGJGzUYCI?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»/> Mazda RX-8 2011 года была последним серийным автомобилем с роторным двигателем Ванкеля, 1.Ренезис 3 литра. Независимо от того, соответствовал ли RX-8 названию роторного двигателя, мы все прослезились, потеряв этот инновационный и уникальный подход к внутреннему сгоранию. Что нанесло последний удар? RX-8 не соответствовал нормам выбросов Euro 5, и поэтому его больше нельзя было продавать в Европе после 2010 года. Хотя в штатах он все еще был легальным, продажи значительно упали, поскольку модель существует с 2004 года.
Какие недостатки есть у роторной конструкции?
Всего три основных движущихся части в двухроторном двигателе Ванкеля.
Низкая тепловая эффективность
Из-за длинной камеры сгорания уникальной формы тепловой КПД двигателя был относительно ниже по сравнению с поршневыми аналогами.Это также часто приводило к выходу несгоревшего топлива из выхлопной трубы (отсюда тенденция роторных двигателей к обратному срабатыванию, что, очевидно, столь же прекрасно, сколь и неэффективно).
Ожог Бэби Ожог
По своей конструкции роторный двигатель работает на масле. Во впускном коллекторе имеются маслораспылители, а также форсунки для распыления масла непосредственно в камеру сгорания. Это не только означает, что водитель должен регулярно проверять уровень масла, чтобы поддерживать правильную смазку ротора, но это также означает, что из выхлопной трубы выходит больше вредных веществ.И окружающая среда ненавидит плохие вещи.
В это отверстие в корпусе непосредственно впрыскивается масло во время такта впуска двигателя.
Уплотнение ротора
Еще одна проблема, которая также может повлиять на выбросы: трудно герметизировать ротор, когда он окружен совершенно разными температурами.Помните, что впуск и сгорание происходят одновременно, но в совершенно разных местах корпуса. Это означает, что верхняя часть корпуса относительно холодная, а нижняя часть намного горячее. С точки зрения герметизации это проблематично, так как вы пытаетесь создать уплотнение металл-металл с металлами, которые работают при значительно разных температурах. Использование охлаждающих рубашек для выравнивания тепловой нагрузки позволяет уменьшить эту проблему, но никогда полностью.
Выбросы
Если собрать все вместе, выбросы уничтожили ротор. Сочетание неэффективного сгорания, естественного сжигания масла и проблемы с уплотнением приводит к тому, что двигатель неконкурентоспособен по сегодняшним стандартам по выбросам или экономии топлива.
Чем RX-8 отличается от конкурентов?
Печально известное верхнее уплотнение ротора RX-7 13B.В моем видео, описывающем недостатки RX-8, зрители справедливо отметили, что я сравнивал автомобили 2015 модельного года с моделью 2011 года с точки зрения экономии топлива, что было несправедливо со стороны Mazda.Давайте исправим эту ошибку, используя первый модельный год RX-8.
| Автомобиль | Объем двигателя | Масса | Мощность | Комбинированный расход на галлон |
| 2004 Мазда RX-8 | 1. 3л Ванкель | 3053 фунта (1385 кг) | 197-238 л.с. (Авто/Ручной) | 18 миль на галлон (13 л/100 км) |
| 2004 Фольксваген ГТИ | 1,8 л I4 | 2934 (1330 кг) | 180 л.с. | 24 мили на галлон (9,8 л/100 км) |
| 2004 Корвет | 5,7 л V8 | 3214 фунтов (1458 кг) | 350 л.с. | 20 миль на галлон (11.8л/100км) |
Как вы можете видеть выше, RX-8 не слишком эффективен с точки зрения экономии топлива. Corvette со значительно более мощным двигателем, на 47% большей мощностью и на 5% большим весом по-прежнему обеспечивает на 11% лучшую экономию топлива.
Также стоит упомянуть, что это был первый модельный год для RX-8, в то время как двигатели Corvette и GTI использовались с предыдущих лет.Проще говоря, о RX-8 нельзя сказать ничего хорошего с точки зрения экономии топлива. Хотя покупатель не обязательно может рассматривать это как отрицательный момент, без выбросов вредных веществ нельзя купить автомобиль.
Стоит отметить, что с момента первоначальной публикации этой статьи Mazda объявила, что вернет роторные двигатели, хотя и только в качестве небольшого увеличения запаса хода в электромобилях. Другими словами, ничего такого, что могло бы «взлететь».
Двигатели Ванкеля — обзор
16.4 Механизм изменений
Учитывая, что нам нужны кардинальные изменения для достижения целей нашей дорожной карты, как это происходит? Мы не должны сбрасывать со счетов существующих игроков как потенциальных проводников перемен.
Вопреки распространенному мнению, существующая автомобильная промышленность временами была на удивление радикальной и склонной к риску. В 1963 году Chrysler Corporation предприняла один из самых смелых подобных экспериментов, когда выпустила серию из 55 специально разработанных автомобилей с газотурбинным двигателем и передала 50 из них в руки общественности (Dixon, 1980; www.www.turbocar.com; www.geocities.com/motorcity). В период с 1964 по 1966 год около 203 обычных водителей-добровольцев в 133 городах 48 штатов, а также в округе Колумбия использовали автомобили в течение трехмесячного испытательного периода. Отзывы были сочтены чрезвычайно полезными и использовались в последующих поколениях турбинных двигателей Chrysler. Проект турбины был окончательно заброшен во время финансового кризиса 1979–1980 годов, когда Chrysler пришлось обратиться за помощью к правительству. Правительственные чиновники считали программу создания турбин несерьезной и не желали ее поддерживать.
Другие смелые технологии вышли на рынок и дожили до наших дней.
Двигатель Ванкеля был смелой технологией небольшой немецкой компании NSU, и можно сказать, что она стоила фирме независимости. В настоящее время компания входит в подразделение Audi концерна Volkswagen, хотя сам двигатель Ванкеля сохранился в спортивных автомобилях Mazda, таких как RX-7 и RX-8, а также в ряде других применений (Hege, 2001). Более удачной оказалась автоматическая бесступенчатая трансмиссия (CVT).Его принципы восходят к заре автомобилестроения с ручными системами CVT, которые использовались в таких транспортных средствах, как Fouillaron с ременным приводом 1901 года (van der Brugghen, 1988: 61) и Turicum с фрикционным приводом из Швейцарии (Schmid, 1978: 244). .
Однако настоящий прорыв произошел в 1958 году, когда был выпущен голландский малолитражный автомобиль DAF 600. При этом использовалась автоматическая система CVT с резиновыми ремнями на шкивах переменного диаметра, управляемая вакуумом двигателя. Эта система «Variomatic» работала хорошо, и в дополнение к бесступенчатому автоматическому приводу в качестве побочного эффекта она также предлагала контроль тяги и — вплоть до DAF 55 1968–72 годов — эффект дифференциала повышенного трения.
Система была доступна только на автомобилях DAF и их производных, а после продажи автомобильного бизнеса DAF компании Volvo это были Volvo 66 и 340. В целом это охватывало период производства с 1958 по 1990 год. Однако специализированная трансмиссионная компания , Van Doorne’s Transmissie (VDT) была выделена из компании DAF в 1970-х годах, и она разработала версию со стальным ремнем, которую можно было адаптировать к любой трансмиссии. Эта система в настоящее время установлена на ряд автомобилей, в частности, из Японии, и в 2002 году было произведено более одного миллиона ремней, что привело к вводу в эксплуатацию второго завода в Японии.Хотя это соответствует всего 2 % мирового производства автомобилей, это составляет более 90 % установленных систем CVT и около 5 % автоматических трансмиссий.
К 2002 году система была установлена на серийные автомобили Subaru, Nissan, Honda, Ford, Fiat, Volvo, MG, Rover и Lancia, а также на несколько экспериментальных автомобилей. Хотя к тому времени компания VDT принадлежала немецкой компании Bosch, технология уже хорошо зарекомендовала себя.
Версия с резиновым ремнем, тем временем, стала более массовой трансмиссией и теперь устанавливается на мотоциклы, французские «voitures sans permis» и некоторые внедорожники, такие как квадроциклы и снегоходы.Высокий риск, на который DAF пошел с технологией CVT, может быть продемонстрирован тем фактом, что он оставался нишевым игроком и был вынужден продать Volvo в 1970-х годах. Только когда Volvo адаптировала модель 340 для установки обычных механических коробок передач и предложила их на рынке, продажи автомобиля резко возросли. Однако на протяжении всего срока службы модели 340 около 15 % поставлялись с вариатором. Альтернативная бесступенчатая трансмиссия Torotrak (IVT) также близка к выходу на рынок сейчас, когда большинство проблем было преодолено, а вариатор с цепным приводом, разработанный ZF, был запущен в Audi A6 в 2001 году.
Что касается сроков внедрения новых автомобильных технологий, то в качестве примера можно взять внедрение самой технологии Budd. Когда Dodge стал одним из первых последователей примерно в 1915 году, а Citroën — примерно в 1923/4 году, основное внедрение этой технологии произошло в течение 1920-х и 1930-х годов, в течение которых многие из тех, кто не принял ее, погибли.
Дальнейший рост произошел с увеличением спроса на автомобили после Второй мировой войны, и к 1960-м годам система стала доминирующей. Фактически, примерно к 1935 году ситуация изменилась в его пользу, что означало критический период развертывания примерно в 20 лет.Бесступенчатая трансмиссия с ременным приводом была разработана примерно за три года в конце 1950-х годов (van der Brugghen, 1988:129) и вышла на рынок в 1958 году. год развертывания или внедрения технологии. Двигатель Ванкеля был разработан в 1950-х годах и, как и вариатор DAF, нашел первых пользователей в своей продукции в NSU в 1960-х годах. Полного развертывания так и не произошло, поскольку она оставалась маргинальной автомобильной технологией и теперь используется Mazda только в одной модели, поскольку Audi-NSU отказалась от нее в 1977 году, продав более 37000 R080 (Sedgwick, 1986: 147).
Используя теорию распространения инноваций Роджерса (1995: 262) и применяя ее к фирмам, можно утверждать, что буддизм охватил практически все категории последователей, от новаторов (Dodge, Citroën) до первых последователей (Ford, Chevrolet , Morris, Fiat), через Раннее Большинство (Renault, Opel), к Позднему Большинству (Toyota, Nissan, Alfa-Romeo) и отстающим, которые так и не приняли его (Aston Martin, Lotus, Ferrari).
Технология Ванкеля не продвинулась дальше стадии инноваций (NSU, Citroën и Mazda), хотя несколько фирм экспериментировали с ней, в том числе GM и Mercedes-Benz.Бесступенчатая трансмиссия перешла от новаторов (DAF) через ранних последователей (Fiat, Ford, Subaru) к фазе раннего большинства. Возможно, по-настоящему глобализованный мир позволил бы быстрее внедрять новые технологии, чем показывают эти исторические примеры. Даже скептики глобализации считают желательным свободный обмен интеллектуальным капиталом между странами. В нынешней глобальной автомобильной промышленности меньшее количество крупных фирм могло бы способствовать более быстрому внедрению новых технологий во всем мире.
Роторный двигатель Mazda Wankel | Как работает роторный двигатель
Мы еще не видели последний из вращающихся треугольников.
Еще в марте Мартейн тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, зажег редукторы повсюду, когда сообщил голландскому автоизданию ZERauto, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.
В частности, тен Бринк сказал, что роторный двигатель может увеличить запас хода электромобиля в 2019 году, и пока это только слухи. Mazda Motor of America не будет обсуждать или подтверждать комментарии Тена Бринка, сообщив нам только, что «Mazda пока не анонсировала никаких конкретных продуктов с роторным двигателем.Однако Mazda по-прежнему привержена работе над технологиями роторных двигателей».
Так что же такого особенного в этом легендарном паровозе, возвращение которого всех так взволновало? И почему на этот раз все может быть иначе?
Как это работает
Гетти Изображений
Роторный двигатель — это бочкообразный двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют многие основные детали, которые можно найти в обычном поршневом двигателе.Во-первых, нет никаких поршней, пыхтящих вверх и вниз. Скорее, закругленные треугольные роторы — чаще всего два, но иногда один или три — вращаются вокруг вала через полый ствол.
Топливо и воздух нагнетаются в пространство между боковинами роторов и внутренними стенками ствола, где они воспламеняются. Быстрое расширение взрывающихся газов вращает роторы, вырабатывая энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель легче и меньше, чем поршневой двигатель эквивалентного рабочего объема.
Базовый дизайн столетней давности. Сам Феликс Ванкель был немецким инженером, который придумал свою версию роторного двигателя в 1920-х годах. Однако, будучи занятым подстрекательством к войне от имени нацистской партии, он не имел возможности развить свое видение слишком далеко до 1951 года, когда немецкий автопроизводитель NSU пригласил его для разработки прототипа.
Сложная конструкция Ванкеля фактически уступила место более простому прототипу, разработанному инженером Ханнсом Дитером Пашке, которого NSU также пригласил попробовать первоначальную концепцию Ванкеля.
Двигатель Пашке — это двигатель, которым Mazda будет владеть и побеждать в 21 веке. Таким образом, современный Ванкель не совсем Ванкель.
Гетти Изображений
Не говоря уже об именах, Ванкеля является наиболее распространенной и успешной конструкцией роторного двигателя, и единственной, которая была запущена в массовое производство. Еще в начале 60-х NSU и Mazda устроили дружеское совместное соревнование по продаже первого автомобиля с двигателем Ванкеля, поскольку они устраняли недостатки незрелой конструкции.NSU был первым на рынке в 1964 году, но он разрушил свою репутацию в течение следующего десятилетия, поскольку частые отказы двигателя снова и снова заставляли владельцев обращаться в мастерскую. Вскоре уже можно было найти NSU Spider или Ro 80 с тремя и более двигателями.
Проблема заключалась в апексных уплотнениях — тонких полосках металла между концами вращающихся роторов и корпусами роторов. НСУ сделал их трехслойными, что вызвало неравномерный износ, сделавший их гранатометными.
Mazda разработала верхние уплотнения, сделав их однослойными, и представила Wankel в роскошном спортивном автомобиле Cosmo 1967 года.
В начале 70-х Mazda представила целую линейку автомобилей с двигателями Ванкеля, мечта, которая была разрушена нефтяным кризисом 1973 года. Но роторный двигатель стал единственной силовой установкой для трех поколений спортивных Mazda RX-7 с 1978 по 2002 год, когда двигатель Ванкеля и почитался, и ругался.
Любимый и ненавистный
Популярная механика
Редукторам нравится роторный механизм отчасти потому, что он другой.Автолюбители всегда питали слабость к двигателю, который, если не считать сжигания бензина внутри, мало чем напоминает обычный поршневой двигатель. Роторный двигатель обеспечивает мощность линейно вплоть до 7000 или 8000 об/мин, в зависимости от специфики двигателя, и этот плоский диапазон мощности отличает его от поршневых двигателей, которые слишком часто потребляют мощность на высоких оборотах, чувствуя себя бессильными на низких оборотах.
Автопроизводителям также понравился ротор за его плавность хода. Роторы, вращающиеся вокруг центральной оси, обеспечивают приятное отсутствие вибрации по сравнению с поршневым двигателем, чье движение поршня вверх-вниз более резкое.Но необычный двигатель — это незнакомое животное, поэтому поляризационный Ванкель также внушает свою долю отвращения автолюбителям и механикам. Это простая конструкция — без ремня ГРМ, без распределительного вала, без коромысла — но незнакомость вызывает недоверие, а у Ванкеля есть причуды, которые требуют внимания.
Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Ротор по своей конструкции сжигает масло, закачивая небольшое количество моторного масла в камеры сгорания для смазки роторов, создавая привычную струю голубого дыма, вырывающуюся из выхлопной трубы, когда вы заводите машину.Откровенно говоря, людей это пугает: синий дым из выхлопных газов — это сигнал бедствия, если он исходит от поршневого двигателя.
Ротари также предпочитают минеральное масло синтетическому, а их конструкция означает, что вы должны периодически доливать масло, потому что двигатель постоянно его пьет. Эти верхние уплотнения также не служат долго, прежде чем их нужно будет заменить. Восстановление Ванкеля на 80 000-100 000 миль является типичным, и раньше, чем большинство поршневых двигателей нуждаются в такой исчерпывающей работе.
Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторных двигателей, более низким выбросам и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед выбросом ее в выхлоп.Для RX-8 Mazda устранила эти проблемы, разместив выпускные отверстия по бокам камер сгорания. Выбросы топлива также стали жестче с годами. Это одна из причин, по которой RX-8, последний автомобиль с двигателем Ванкеля, поступил в продажу в 2002 году и был снят с производства в 2012 году.
Вернемся к вице-президенту Mazda Мартейну тен Бринку.
Слухи о том, что Mazda может использовать какой-то роторный двигатель для увеличения запаса хода электромобиля. Это имело бы смысл. Еще в 2012 году Mazda взяла в лизинг 100 электромобилей Demio EV в Японии, но короткий пробег автомобиля в 124 мили был больным вопросом.Поэтому в 2013 году Mazda создала прототип, который включал в себя поворотный расширитель диапазона, который почти удвоил этот диапазон, и назвал его Mazda2 RE Range Extender (Mazda2 — это то, как Demio называют за пределами Японии). Колеса прототипа приводились в движение с помощью электродвигателя, а 0,33-литровый роторный двигатель мощностью 38 лошадиных сил включался для подзарядки аккумуляторов электродвигателя, если они разряжались, а подзарядки поблизости не было.
Поскольку роторный двигатель не мог приводить в движение колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius.Ванкель был скорее бортовым генератором, который увеличивал запас хода автомобиля. Та же компактность и малый вес, которые сделали двигатель Ванкеля отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным генератором для увеличения запаса хода в автомобиле, особенно в том, в котором уже есть электродвигатели и аккумуляторы, конкурирующие за пространство и способные не позволять себе брать слишком большой вес.
Но концепция увеличения запаса хода не была запущена в производство, и Mazda не продала ни одного электромобиля с тех пор, как были выпущены 100 электромобилей Demio.
Тем не менее, роторный двигатель заработал свою репутацию главным образом как двигатель спортивного автомобиля, а не как генератор, приводимый в движение электродвигателями. Пока ходят слухи о возрождении роторного двигателя, любители автомобилей будут мечтать об этом суетливом, причудливом двигателе, который снова будет вращать колеса для динамичной и динамичной езды.
Мэтью Джансер Мэтт Джансер — писатель из Юга, посвященный автомобилям и природе. Если он не находится снаружи, окруженный вещами или не просит животных оставаться неподвижными для фотографий, вы найдете его на обочине дороги под капотом старой машины, раздирающим оборудование для выбросов и ругающимся. Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.
Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Двигатель Ванкеля | Инжиниринг | Fandom
Двигатель Ванкеля в Немецком музее Мюнхена, Германия
Роторный двигатель Ванкеля — тип двигателя внутреннего сгорания, изобретенный немецким инженером Феликсом Ванкелем, в котором вместо возвратно-поступательных поршней используется ротор.Эта конструкция обещает плавную работу на высоких оборотах компактного и легкого двигателя;
Критика[]
Однако двигатели Ванкелякритикуют за низкую топливную экономичность и выбросы выхлопных газов.
Именование[]
С момента своего появления в автомобилях NSU Motorenwerke AG (NSU) и Mazda в 1960-х годах двигатель обычно называют роторным двигателем , это имя также применялось к нескольким совершенно другим конструкциям двигателей.
Хотя многие производители лицензировали дизайн, и Mercedes-Benz использовал его для своего концепт-кара C-111, только Mazda производила двигатели Ванкеля в больших количествах.
С 2005 года двигатель доступен только в Mazda RX-8.
Как это работает[]
Цикл Ванкеля. Буква «А» отмечает одну из трех вершин ротора. Буква «B» обозначает эксцентриковый вал, который поворачивается три раза за каждый оборот ротора.
В двигателе Ванкеля четыре такта типичного двигателя с циклом Отто расположены последовательно вокруг овала, в отличие от возвратно-поступательного движения поршневого двигателя. В базовом однороторном двигателе Ванкеля единственный овальный (технически эпитрохоидальный) корпус окружает трехсторонний ротор (треугольник Рело), который вращается и перемещается внутри корпуса.Стороны ротора уплотняются по бокам корпуса, а углы ротора уплотняются по внутренней периферии корпуса, разделяя его на три камеры сгорания.
При вращении ротора его движение и форма корпуса заставляют каждую сторону ротора приближаться и отдаляться от стенки корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания подобно «ходам» в поршневом двигателе. Однако в то время как обычный четырехтактный двигатель производит один такт сгорания на цилиндр за каждые два оборота (то есть один такт половинной мощности на оборот на цилиндр), каждая камера сгорания каждого ротора в двигателе Ванкеля генерирует один «такт сгорания» за оборот.
(то есть три рабочих такта на один оборот ротора).Поскольку выходной вал Ванкеля вращается со скоростью, в три раза превышающей скорость ротора, это становится одним «тактом сгорания» на оборот выходного вала на ротор, что вдвое больше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, и аналогично мощности двухтактного двигателя. двигатель цикла. Таким образом, выходная мощность двигателя Ванкеля обычно выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичным объемом двигателя в аналогичном состоянии настройки, и выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя с аналогичными физическими размерами и весом.
Налогообложение[]
Национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы в автомобильных гонках по-разному считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному двигателю с рабочим объемом в 1,5–2 раза больше; некоторые агентства по регулированию гонок считают, что это дает настолько явное преимущество, что полностью запрещают его.
Преимущества[]
Двигатели Ванкеля имеют несколько основных преимуществ по сравнению с конструкциями с возвратно-поступательным движением поршня, а также имеют более высокую мощность при аналогичном рабочем объеме и физических размерах.Двигатели Ванкеля значительно проще и содержат гораздо меньше движущихся частей. Например, поскольку клапаны выполняются простыми портами, прорезанными в стенках корпуса ротора, у них нет клапанов или сложных клапанных механизмов; кроме того, поскольку ротор соединен непосредственно с выходным валом, нет необходимости в шатунах, обычном коленчатом вале, противовесах коленчатого вала и т. д. Отсутствие этих деталей не только делает двигатель Ванкеля намного легче (как правило, в два раза меньше, чем у двигателя Ванкеля). обычный двигатель с эквивалентной мощностью), но он также полностью устраняет возвратно-поступательное движение массы поршневого двигателя с его внутренней деформацией и собственной вибрацией из-за повторяющихся ускорений и торможений, обеспечивая не только более плавный поток мощности, но и способность производить больше мощности.
при работе на более высоких оборотах.
В дополнение к повышенной надежности благодаря устранению этой возвратно-поступательной нагрузки на внутренние детали, конструкция двигателя с железным ротором в корпусе из алюминия, имеющего большее тепловое расширение, гарантирует, что даже при сильном перегреве двигатель Ванкеля двигатель не заклинит, как это может случиться с перегретым поршневым двигателем; это существенное преимущество с точки зрения безопасности при использовании самолетов.
Простота конструкции и меньшие размеры двигателя Ванкеля также позволяют сократить затраты на строительство по сравнению с поршневыми двигателями сопоставимой мощности.
Еще одно преимущество: форма камеры сгорания Ванкеля и турбулентность, создаваемая движущимся ротором, предотвращают образование локальных горячих точек, что позволяет использовать топливо с очень низким октановым числом без преждевременного зажигания или детонации, что является особым преимуществом для автомобилей, работающих на водороде.
. Эта особенность также вызвала большой интерес в Советском Союзе, где высокооктановый бензин был редкостью.
Недостатки[]
Конструкция двигателя Ванкеля требует многочисленных скользящих уплотнений и корпуса, который обычно представляет собой сэндвич из чугунных и алюминиевых деталей, которые расширяются и сжимаются в разной степени при воздействии циклов нагрева и охлаждения в процессе эксплуатации.Эти элементы приводили к очень высокой частоте разгерметизации как между ротором и корпусом, так и между различными деталями, составляющими корпус. Дальнейшая инженерная работа Mazda позволила взять эти проблемы под контроль, но затем компания столкнулась с внезапной глобальной озабоченностью как выбросами углеводородов, так и ростом стоимости бензина, двумя наиболее серьезными недостатками двигателя Ванкеля.
Поскольку форма камеры сгорания Ванкеля предотвращает преждевременное зажигание, она также приводит к неполному сгоранию воздушно-топливного заряда с выбросом оставшихся несгоревших углеводородов в выхлоп.
Сначала, когда производители автомобилей с поршневыми двигателями обращались к дорогостоящим каталитическим нейтрализаторам для полного окисления несгоревших углеводородов, Mazda смогла избежать этих затрат, парадоксальным образом обогащая воздушно-топливную смесь настолько, чтобы производить поток выхлопных газов, достаточно богатый углеводородами. фактически поддерживать полное сгорание в «тепловом реакторе» (просто увеличенная открытая камера в выпускном коллекторе) без необходимости в каталитическом нейтрализаторе, тем самым производя чистый выхлоп за счет некоторого дополнительного расхода топлива.
Связанная с этим причина неожиданно плохой экономии топлива связана с неотъемлемым недостатком конструкции ротора Ванкеля при использовании обычного топлива. Некоторые исследования показали, что при высоких скоростях скорость увеличения объема камеры сгорания в моменты после воспламенения фактически опережает расширение горящего топлива. В результате на высоких скоростях из того же объема топлива извлекается меньше полезной энергии, поскольку выхлопу приходится тратить время и энергию, чтобы «догнать» ротор, прежде чем он сможет выполнить какую-либо работу.
Типичный серийный двухроторный двигатель Ванкеля не использует подшипник между двумя роторами, что позволяет использовать цельный эксцентриковый вал. Этот компромисс позволяет удешевить производство за счет пиковых оборотов двигателя из-за изгиба эксцентрикового вала. В двигателях с более чем двумя роторами или двигателях с двумя гоночными роторами, предназначенных для использования на высоких оборотах, необходимо использовать составной эксцентриковый вал, позволяющий устанавливать дополнительные подшипники между роторами. Хотя этот подход действительно увеличивает сложность конструкции эксцентрикового вала, он успешно использовался некоторыми производителями автомобилей при производстве трехроторных двигателей, а также во многих гоночных двигателях мелкосерийного производства.
Многие недостатки двигателя Ванкеля были устранены другим производителем. Выпускные окна, которые в более ранних роторных двигателях располагались в корпусах роторов, были перемещены в стороны от камеры сгорания.
Такой подход позволил более раннему производителю устранить перекрытие отверстий впускного и выпускного отверстий, одновременно увеличив площадь выпускного отверстия. Расход топлива теперь находится в пределах нормальных пределов требований некоторых штатов по выбросам.
Авиационные двигатели[]
Превосходное соотношение мощности и веса двигателя Ванкеля, надежность и малая лобовая площадь делают его особенно подходящим для использования в авиационных двигателях.К ним проявляли большой интерес в этой роли в 1950-х годах, когда конструкция впервые стала широко известна, но именно в это же время почти вся промышленность перешла на реактивный двигатель, который, как многие считали, будет единственным используемым двигателем. в течение десятилетия. Ванкель страдал от отсутствия интереса, и когда позже стало ясно, что реактивный двигатель был слишком дорогим для всех ролей, мир авиации общего назначения уже настолько сократился, что денег на новые конструкции двигателей было мало.
Тем не менее интерес к ним для малой авиации сохраняется.
Aircraft Ванкели вернулись в последующие годы. Ни одно из их преимуществ не было утрачено по сравнению с другими двигателями, а внедрение более качественных материалов помогло решить проблему уплотнения наконечника (уплотнение вершины). Они все чаще используются в тех ролях, где важен их компактный размер и тихая работа, особенно в беспилотных летательных аппаратах или БПЛА. Многие компании и любители адаптируют роторные двигатели Mazda для использования в самолетах; другие, в том числе сама Wankel GmbH, производили роторные двигатели Ванкеля, предназначенные для этой цели.
Другое использование[]
Маленькие двигатели Ванкеля все чаще используются в других целях, например, в картингах, личных плавсредствах и вспомогательных силовых установках для самолетов. Некоторые использовали двигатель Ванкеля для моделей самолетов, производство которых практически не изменилось с 1970 года; даже с большим глушителем вся упаковка весит всего 13,4 унции (380 грамм).
Простота Ванкеля делает его идеальным для двигателей мини, микро и микромини.
Самый большой двигатель Ванкеля был доступен в версиях мощностью 550 л.с. (410 кВт) с одним ротором и мощностью 1100 л.с. (820 кВт) с двумя роторами, рабочим объемом 41 литр на ротор при диаметре ротора примерно один метр.Благодаря ограничению скорости вращения двигателя до 1200 об/мин и использованию природного газа в качестве топлива был выбран правильный выбор двигателей для привода насосов на газопроводах.
Также было произведено ограниченное количество мотоциклов с двигателями Ванкеля.
Помимо использования в двигателях внутреннего сгорания, базовая конструкция Ванкеля также использовалась для воздушных компрессоров и нагнетателей для двигателей внутреннего сгорания, но в этих случаях, хотя конструкция по-прежнему обеспечивает преимущества в надежности, основные преимущества конструкции Ванкеля по габаритам и массе над четырехтактным двигателем внутреннего сгорания значения не имеют.
В конструкции, использующей нагнетатель Ванкеля на двигателе Ванкеля, нагнетатель в два раза больше двигателя!
Пожалуй, самое экзотическое использование конструкции Ванкеля — система преднатяжителей ремней безопасности Volkswagen New Beetle. В этом автомобиле, когда датчики замедления обнаруживают возможную аварию, небольшие взрывные патроны срабатывают электрически, и образующийся сжатый газ подается в крошечные двигатели Ванкеля, которые вращаются, компенсируя провисание в системах ремней безопасности, надежно закрепляя водителя и пассажиров на сиденье. перед любым столкновением.
См. также[]
Ссылки[]
- цитировать книгу | автор = Ямагути, Джек К. | title=Новая Mazda RX-7 и спортивные автомобили Mazda с роторным двигателем | издатель = св. Пресса Мартина, Нью-Йорк | год=1985 | идентификатор = ISBN 0312694563
- цитировать в Интернете | title=Сборник производственных и экспериментальных данных двигателя Ванкеля | работа = Monito.com | url=http://www. monito.com/wankel/engines.html | дата доступа = 24 февраля | accessyear=2005
monito.com/wankel/engines.html | дата доступа = 24 февраля | accessyear=2005Внешние ссылки[]
Что такое роторный двигатель Ванкеля и как он работает?
Двигатель Ванкеля — это особый тип роторного двигателя, в котором используется эксцентриковый механизм движения для выработки мощности для автомобиля.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания вот уже много десятилетий является повсеместным источником вращательной энергии. Тем не менее, это имело свой собственный набор осложнений, которые сделали его совершенно неудовлетворительным для одного конкретного джентльмена, который счел расточительным использовать возвратно-поступательное движение для создания вращательного движения. Его разочарование привело к разработке двигателя Ванкеля.
Рекомендуемое видео для вас:
Что такое двигатель Ванкеля?
Двигатель Ванкеля вырабатывает мощность за счет эксцентрикового вращательного движения (Фото: HDP/Wikimedia Commons)
Двигатель Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, который вырабатывает мощность за счет вращательного движения, а не возвратно-поступательного движения. Двигатель назван в честь его изобретателя Феликса Ванкеля, который придумал эту идею, когда ему было всего 17 лет.
Конструкция должна была быть простой и более компактной, с меньшим количеством движущихся частей и большей эффективностью, а также с вращением в одном направлении. Это сильно отличалось от обычных поршневых двигателей, которые имели много движущихся частей и предусматривали почти мгновенное изменение направления движения этих частей.
Конструкция двигателя Ванкеля
Любое вращательное движение, происходящее вокруг точки, отличной от центра вращающегося объекта, известно как эксцентричное движение.Двигатель Ванкеля считается двигателем с эксцентриковым движением, поскольку вращательные силы, возникающие на коленчатом валу, возникают из-за эксцентричного движения движущихся частей. Он прост по своей конструкции, поскольку в нем используется меньше движущихся частей по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.
1. Ротор
Ротор двигателя Ванкеля в корпусе (Фото: Роман Белогородов/Shutterstock)
Ротор является наиболее важной частью двигателя Ванкеля.
Это трехмерная структура, свободно сформированная вокруг треугольника Рело, который представляет собой равносторонний треугольник со слегка закругленными сторонами.Ротор состоит из камер, встроенных в боковые стороны для обеспечения сгорания. Он также имеет уплотняющие поверхности в вершинах и на торце для предотвращения потерь от утечки энергии, образующейся при сгорании.
2. Корпус
Корпус эпитрохоидальной формы, примерно напоминающий вытянутый овал (Фото: BigAlBaloo/Shutterstock) эпитрохоид.Преимущество такой формы в том, что все вершины ротора всегда остаются в контакте с корпусом. Также важно отметить, что между лицевой стороной ротора и внутренней поверхностью корпуса всегда есть небольшой зазор.
Корпус также имеет отверстия для впускного и выпускного отверстий для впуска и выпуска газов.
3. Выходной вал
Выходной вал с эксцентриковыми кулачками, подходящими для роторов (Фото: Юргис Манкаускас/Shutterstock)
Выходной вал является ключевым компонентом, конструкция которого имеет решающее значение для движения роторов внутри корпуса во время сгорания.
Он состоит из круглых лепестков, смещенных от оси главного вала и входящих в ротор. Эти круглые лепестки преобразуют эксцентричное движение роторов во вращательное движение выходного вала.
Работа двигателя Ванкеля
Двигатель Ванкеля в действии (Фото: Y_tambe/Wikimedia Commons)
В каждом двигателе есть рабочее тело, также известное как горючий заряд. Горючий заряд состоит из воздуха и топлива, смешанных в определенном соотношении для достижения оптимального сгорания.Двигатель Ванкеля работает по термодинамическому циклу, известному как цикл Отто. Этот цикл состоит из следующих этапов и может быть понят в сочетании с приведенной ниже диаграммой:
Пошаговое разрушение цикла Отто в двигателе Ванкеля (Фото: Fred the Oyster/Wikimedia Commons)
Предполагая вращение ротора по часовой стрелке:
1. Забор (всасывание заряда при атмосферном давлении)
Когда вершина 1 пересекает впускное отверстие, а вершина 2 все еще находится между впускным и выпускным отверстиями, свежий горючий заряд втягивается в камеру.
2. Сжатие (Уменьшение объема заряда при постоянной энергии)
Когда вершина 2 пересекает входное отверстие, горючий заряд между 1 и 2 «зажимается» между ротором и корпусом, что приводит к сжатию.
3. Воспламенение (подвод тепла при постоянном объеме)
При сжатии заряда он воспламеняется с помощью искры. Это приводит к выделению тепла при постоянном объеме. За счет этого давление в зоне, ограниченной 1 и 2, также начинает расти, заставляя ротор двигаться и «разжиматься».
4. Выхлоп (объемное расширение при постоянном нагреве)
Из-за огромного давления, возникающего при воспламенении, ротор перемещается, обеспечивая расширение. В то время как вершины 1 и 2 переместились в сторону расширения, вершина 3 занимает положение, подходящее для индукции. Между тем, выпускное отверстие между 1 и 2 позволяет выбрасывать отработавшие газы, что делает цикл непрерывным.
Преимущества и недостатки двигателя Ванкеля
Когда двигатель Ванкеля был разработан, целых 100 производителей поспешили реализовать свои собственные варианты конструкции.
Роторный двигатель Ванкеля одержал победу над поршневым двигателем по многим причинам.
Преимущества
Двигатель Ванкеля более компактен, чем его поршневой аналог (Фото: Flickr)
1. Меньше механических компонентов, что приводит к меньшему износу.
2. Двигатель Ванкеля может развивать мощность, эквивалентную 1/3 размера поршневого двигателя, что обеспечивает лучшее соотношение мощности к весу.
3. Перекрывающиеся циклы сгорания обеспечивают превосходную и плавную подачу мощности, позволяя двигателю работать на более высоких оборотах.
4. Двигатель Ванкеля естественно сбалансирован и не сталкивается с проблемами, возникающими из-за неуравновешенных сил, что является серьезной проблемой в поршневых двигателях.
5. Двигатель Ванкеля, в отличие от поршневого двигателя, не может заедать.
Однако, несмотря на многие механические преимущества, двигатели Ванкеля не стали массовым вариантом.
Недостатки
1. В отличие от поршневых двигателей, в которых один поршень выполняет только один цикл, ротор в двигателе Ванкеля имеет три зоны, работающие при разных температурах, что приводит к неравномерному расширению и, следовательно, к плохой изоляции энергии.
2. Камера сгорания не имеет однородного поперечного сечения, а распределена между двумя поверхностями. Это приводит к медленному и неполному процессу, который увеличивает неэффективность из-за того, что несгоревший заряд выбрасывается из системы.
3. В отличие от поршневых двигателей, герметизация которых осуществляется с помощью круглых поршневых колец, герметизация роторов затруднена, так как уплотнительные элементы на вершинах не способны выдерживать огромное давление в течение длительного времени.
Применение двигателя Ванкеля
В Mazda RX-8 используется двигатель Ванкеля (Фото: joeborg/Shutterstock)
1.Автоспорт — Многороторные двигатели Ванкеля в прошлом с большим успехом использовались в автомобильных и мотоциклетных гонках. Они широко используются такими производителями, как Mazda, Citroen, Rolls Royce, Norton и MZ.
2. Авиация – Благодаря высокой производительности и компактности они подходят для легких самолетов. Двигателям Ванкеля не требуется много времени для холостого хода и прогрева, поэтому они могут, следовательно, сократить время ожидания самолетов во время предполетных инспекционных испытаний.
Что ждет двигатели Ванкеля в будущем
Хотя двигатели Ванкеля обладают некоторыми неотъемлемыми преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями, их неэффективность, связанная со сгоранием, делает их неблагоприятными для автомобильного применения. Тем не менее, их компактность делает их удобными для поддержки вспомогательной энергии в электромобилях, если они разрядятся на полпути. Помимо приложений, связанных со сгоранием, двигатели Ванкеля также изучаются для использования в компрессорах и насосах, где потери, связанные с уплотнением, на самом деле не влияют на производительность устройств.
Рекомендуемая литература
Почему роторный двигатель идеально подходит для водородного топлива
Инженерное объяснениеYouTube
Роторный двигатель Ванкеля — мечта инженера. Меньше, легче и проще, чем любой поршневой двигатель, конструкция с вращающимся треугольником может выдавать большую мощность из крошечного блока с минимальным количеством движущихся частей.
Но есть и большие недостатки. Двигатель Ванкеля не сжигает топливо так чисто и эффективно, как поршневой двигатель.Это приводит к грязным выбросам — проблема усугубляется тем, как двигатель сжигает смазочное масло. Технические проблемы роторного двигателя в конечном итоге заставили всех крупных автопроизводителей, кроме Mazda, отказаться от этой конструкции. Даже сейчас Mazda не производит автомобили с роторным двигателем, но нас снова и снова уверяют, что это скоро изменится.
Вот что интересно: Большинство недостатков Ванкеля превращаются в достоинства одним простым изменением. Все, что вам нужно сделать, это поменять топливо с бензина на водород.
Любимый YouTube-ботаник Джейсон Фенске из Engineering Explained здесь, чтобы точно описать, что происходит внутри двигателя Ванкеля, работающего на водороде. Это его второе недавнее видео, в котором исследуется водород как потенциальный источник автомобильного топлива. Оказывается, такая конструкция двигателя идеально подходит для сжигания водорода.
Mazda даже построила и продала автомобиль, который воспользовался этим преимуществом, двухтопливный RX-8, который мог на лету переключаться с бензина на водород и обратно. (Он продавался недолго и только в Японии.)
Fenske использует невероятно крутой двигатель в разрезе, напечатанный на 3D-принтере, чтобы точно объяснить, почему роторный двигатель так хорошо сжигает водород, и как будущие автомобили могут использовать это преимущество. Посмотрите полное видео здесь.
Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
А чтобы узнать больше об удивительной модели Ванкеля, которую использует Фенске, посмотрите это видео, снятое несколько недель назад, в котором подробно рассказывается о сборке.
Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Этот контент импортирован из {embed-name}.
Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Изобретатель роторного двигателя Феликс Ванкель родился
Немецкий инженер Феликс Ванкель, изобретатель роторного двигателя, который будет использоваться в гоночных автомобилях, родился 13 августа 1902 года в Ларе, Германия.
Сообщается, что Ванкелю пришла в голову основная идея нового типа бензинового двигателя внутреннего сгорания, когда ему было всего 17 лет. В 1924 году Ванкель создал небольшую лабораторию, где начал исследования и разработку двигателя своей мечты, который мог бы обеспечивать впуск, сжатие, сгорание и выхлоп при вращении.Он привнес свои знания о поворотных клапанах в своей работе в Немецком институте авиационных исследований во время Второй мировой войны и в ведущей немецкой мотоциклетной компании NSU Motorenwerk AG, начиная с 1951 года.
Ванкель завершил свою первую конструкцию роторно-поршневого двигателя в 1954 году. , а первый агрегат был испытан в 1957 году.
В других двигателях внутреннего сгорания движущиеся поршни выполняли работу по запуску процесса сгорания; в роторном двигателе Ванкеля этой цели служил вращающийся ротор в форме изогнутого равностороннего треугольника.Меньшее количество движущихся частей позволило создать плавно работающий двигатель, который был легким, компактным, недорогим и требовал меньшего количества ремонтов. После того, как NSU официально объявила о завершении работы над роторным двигателем Ванкеля в конце 1959 года, около 100 компаний по всему миру поспешили предложить партнерские отношения, которые позволили бы установить двигатель в их продукты. Mazda, японский автопроизводитель, подписала официальный контракт с NSU в июле 1961 года после получения одобрения японского правительства.
Пытаясь поэкспериментировать с роторным двигателем и усовершенствовать его для использования в своих автомобилях, Mazda в 1963 году создала исследовательский отдел RE (роторный двигатель).
Cosmo Sport, выпущенный Mazda в мае 1967 года, был первым в мире автомобилем с двухроторным роторным двигателем. Благодаря футуристическому стилю и превосходным характеристикам Cosmo поразил автолюбителей во всем мире. Mazda начала устанавливать роторные двигатели на свои седаны и купе в 1968 году, а автомобили появились на рынке США в 1971 году. После глобального нефтяного кризиса 1973–1974 годов Mazda постоянно работала над улучшением своих роторных двигателей для повышения топливной экономичности и к концу этого десятилетия его спортивные автомобили стали популярными как в Европе, так и в Соединенных Штатах. Помимо Mazda, ряд других компаний лицензировали двигатель Ванкеля в 1960-х и 1970-х годах, включая Daimler-Benz, Alfa Romeo, Rolls Royce, Порше, Дженерал Моторс, Сузуки и Тойота.
Тем временем Ванкель продолжил свою работу над роторно-поршневым двигателем, основав в середине 1970-х годов собственное исследовательское учреждение в Линдау, Германия. В 1986 году он продал институт за 100 миллионов немецких марок (около 41 миллиона долларов) компании Daimler Benz, производившей Mercedes.