Не завертелось Что случилось с двигателем Ванкеля и куда он исчез с авторынка: Движение: Ценности: Lenta.ru
В этом году отмечается полувековой юбилей сразу двух знаковых для истории автомобилестроения моделей. Немецкий NSU Ro 80 и «японка» Mazda Cosmo стали первыми автомобилями с роторным двигателем, подходившими под определение «массовые». Но, увы, изобретенному инженерами фирмы NSU Ванкелем и Фройде новому типу двигателя внутреннего сгорания так и не удалось завоевать мир.
Сложно, но можно
После создания в конце XIX столетия поршневого двигателя внутреннего сгорания прогресс в этой области пошел по пути разработки уже имеющейся концепции. Инженеры создавали все более мощные и совершенные двигатели, но суть оставалась все той же — в цилиндрическую камеру тем или иным способом попадало топливо, образовывавшиеся после сгорания топлива газы толкали поршень. И только в конце 1950-х два немецких инженера, работавшие в известной тогда своими мотоциклами фирме NSU Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, предложили принципиально новую конструкцию.
В их двигателе цилиндры отсутствовали как класс: установленный на валу трехгранный ротор был жестко соединен с зубчатым колесом, входившим в зацепление с неподвижной шестерней — статором. По сравнению с обычным поршневым мотором внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля (как он стал известен по имени одного из создателей) имел меньшие в 1,5-2 раза габариты, большую удельную мощность, меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен), а также — за счет отсутствия коленвала и шатунов — более высокие динамические показатели. Впрочем, были и недостатки, с которыми так и не удалось справиться за все время выпуска автомобилей с роторными двигателями: довольно высокий расход топлива на низких оборотах, повышенное потребление масла и сложность в производстве (из-за необходимости точности геометрических форм деталей).
NSU Spider
Фото: Science Museum / Globallookpress.com
Любопытно, что сам Ванкель не умел водить автомобиль и не имел водительских прав — поскольку с раннего детства страдал сильной близорукостью.
Это, впрочем, не помешало ему доработать первоначально мотоциклетный движок под нужды автопрома, и в 1964 году NSU выпустила первый в мире серийный роторный автомобиль — кабриолет NSU Spider на базе заднеприводной модели Sport Prinz. Машина выпускалась ограниченной серией (за три года было собрано 2375 экземпляров) и была довольно дорога, в пересчете на нынешние деньги — около 22 тысяч долларов за двухместную малолитражку длиной 3,6 метра.
Большая жизнь
В 1967 году на рынок вышли сразу две модели с роторными двигателями, ставшие действительно массовыми. NSU представила топовый седан Ro 80, а японская фирма Mazda — спортивное купе Cosmo, первое в полувековой череде машин с двигателем Ванкеля в своей линейке. Немецкая машина, увы, оказалась довольно капризной и «сырой», хотя и была признана «автомобилем года-1968» в Европе. Постоянные рекламации и необходимость дорогостоящего ремонта уже проданных авто привели компанию практически к банкротству — в 1969 году она была куплена концерном Volkswagen и слита в одно подразделение с маркой Audi.
Производство Ro 80 тем не менее продолжалось до 1977 года; всего было выпущено более 37 тысяч автомобилей. Передовой для конца 1960-х дизайн кузова, сперва не оцененный потребителями, оказал впоследствии влияние, в частности, на популярную модель Audi 100.
NSU Ro 80
Фото: CPC Collection / Alamy / Diomedia
Кстати, лицензию на «ванкель» купил и СССР. 140-сильным роторным двигателем оборудовались версии вазовских «пятерок» и «семерок» для милиции и КГБ. Внешне они не отличались от серийных машин, но на дороге демонстрировали необходимую резвость. В 1990-е малой серией выпускались и «гражданские» 2108 и 21099 с роторным мотором ВАЗ-415, также абсолютно идентичные по дизайну кузова с «нормальными». Обманчивая внешность породила множество шоферских легенд: неприметная «девятка» вдруг срывалась с места и обгоняла солидный BMW (разгон до сотни у роторной версии занимал 9 секунд, а максимальная скорость достигала 190 километров в час).
Mazda Cosmo L10A
Фото: Wikimedia
Экспериментировали с двигателем Ванкеля и французы из Citroen.
Однако модель GS Birotor с двухроторным двигателем вышла на рынок в октябре 1973 года — точно в месяц начала крупнейшего нефтяного кризиса. Машина стоила на 70 процентов дороже стандартной модели GS с четырехцилиндровым мотором, а топлива потребляла больше, чем представительская DS. В результате удалось с большим трудом продать 847 экземпляров, после чего производство было свернуто.
Японский бог
В конечном счете на рынке «ванкелей» осталась только Mazda, продолжавшая совершенствовать двигатель и выпустившая около 20 моделей с роторным двигателем. Инженерам японской компании удалось повысить экономичность и снизить объем токсичных выхлопов (еще одна «врожденная болезнь» роторных двигателей), но даже со всеми усовершенствованиями последняя выпускавшаяся роторная модель, RX-8, не соответствовала нормам Евросоюза. В 2010 году ее прекратили продавать в Европе, а в 2012-м было свернуто производство и для других рынков. Спортивные роторные модели Mazda, однако, за почти полвека производства успели завоевать поклонников во многих странах, включая нашу.
Вот что рассказывает о своей RX-8 москвич Олег, автолюбитель со стажем:
«Приобрести RX-8 я решил вовсе не из-за роторного двигателя, а скорее вопреки ему. Но ничего похожего на рынке тогда не было: полноценное четырехместное купе с дверями, которые по старой памяти именуют suicide doors — разве что Rolls-Royce. А еще эти «надбровные дуги» над передними колесами… Однако все, с кем я делился идеей, крутили пальцем у виска: «больше 30 тысяч ротор не ходит», «масла жрет столько же, сколько и бензина», «а бензина — как американский грузовик», «ниже нуля не заводится» и так далее. «Зато не угонят», — решил я. Машина пришла зимой, и первые же недели показали, что перемещение по заснеженной Москве не то что бы совсем невозможно, но требует очень крепких нервов — машина норовила уйти в занос в каждом повороте или забуксовать там, где легко проезжала любая переднеприводная малолитражка. Но, как назло, даже в лютый мороз заводилась исправно. Да и сколько той зимы.
Mazda RX-8
Фото: National Motor Museum / Heritage Images / Getty Images
Снег сошел, и Mazda, наконец, оказалась в своей стихии.
Да, масло (каждую тысячу приходилось открывать капот и доливать до рисочки), да, расход (в особенно хорошие дни бывало и больше 20 литров на сотню), но все это компенсировалось возможностью обмануть слух окружающих и, раскрутив двигатель до 9000 оборотов, прикинуться гоночным мотоциклом. Точный руль, задний привод и 230 лошадиных сил превращали любую, еще не изобиловавшую тогда камерами дорогу, в гоночный трек практически без моего участия. Даже стоя под окном, машина, казалось, куда-то ехала. Из-под этого окна, разоблачив тем самым еще один миф, ее и угнали. К тому времени, несмотря на то, что роторного двигателя побаивались даже «официалы», машина прошла 70 тысяч километров без намеков на какие-либо неполадки.
Audi A1 E-Tron Concept
Фото: Adrian Moser / Bloomberg / Getty Images
Хотя производство серийных автомобилей с роторным двигателем прекратилось еще пять лет назад, разработчики, похоже, не собираются навсегда расставаться с «ванкелем». Перспективными в этом смысле представляются гибридные силовые установки — благодаря малому размеру роторно-поршневого двигателя.
Так, Audi в 2010 году продемонстрировала в Женеве гибридный прототип A1 e-tron concept с 60-сильным электромотором и двигателем Ванкеля рабочим объемом всего 250 кубических сантиметров, развивающим мощность 20 лошадиных сил и выполняющим фактически функцию генераторной установки.
Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)
Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.
В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля. Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности). На практике можно встретить цилиндр и ротор иных форм.
Составные элементы и принцип работы
Устройство двигателя типа РПД предельно проста и компактна. На ось агрегата устанавливается ротор, который крепко соединяется с шестерней. Последняя сцепляется со статором. Ротор, имеющий три грани, двигается по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости. В результате чего сменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов. Уплотнительные пластины (торцевого и радиального типа) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получаются 3 изолированные камеры разные по объемным размерам. Здесь осуществляются процессы сжимания поступившей смеси горючего и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. На эксцентриковую ось передается круговое движение ротора. Сама ось находится на подшипниках и передает момент вращения на механизмы трансмиссии. В этих моторах осуществляется одновременная работа двух механических пар.
Детали Роторно-поршневого двигателя
Принцип работы двигателя Ванкеля
На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 1,308 см3 – рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;
— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.
Смесеобразование
В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.
Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.
Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:
- Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
- В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание. Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.
Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.
Особенности РПД
Преимущества
Преимущества двигателей роторно-поршневого типа по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:
— Низкие показатели уровня вибрации.
В моторах типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдержать высокие обороты с меньшими вибрациями.
— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своему устройству такой мотор, установленный в машине, позволяет ее разогнать выше 100 км/ч на высоких оборотах без избыточной нагрузки.
— Хорошие показатели удельной мощности при малой массе.
Из-за отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается небольшая масса движущихся частей в РПД.
— В двигателях такого типа практически отсутствует система смазки.
Непосредственно в топливо добавляется масло. Топливно-воздушная смесь сама осуществляет смазывание пар трения.
— Мотор роторно-поршневого типа имеет небольшие габаритные размеры.
Установленный роторно-поршневой мотор позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомашины и лучше рассчитать расположение элементов коробки передач и узлов. Например, четырехтактный двигатель такой же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.
Недостатки двигателя Ванкеля
— Качество моторного масла.
При эксплуатации такого типа двигателей необходимо уделять должное внимание к качественному составу масла, применяемого в двигателях Ванкеля. Ротор и находящаяся внутри камера двигателя имеют большую площадь соприкосновения, соответственно, износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается. Нерегулярная смена масла наносит огромный урон двигателю. Износ мотора возрастает в разы из-за наличия абразивных частиц в отработанном масле.
— Качество свечей зажигания.
Эксплуатантам таких двигателей приходится быть особо требовательным к качественному составу свечей. В камере сгорания из-за ее небольшого объема, протяженной формы и высокой температуры затруднен процесс зажигания смеси. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.
— Материалы уплотнительных элементов.
Существенной недоработкой мотора типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений промежутков между камерой, где сгорает топливо, и ротором.
Устройство ротора такого мотора достаточно сложное, поэтому уплотнения требуются и по граням ротора, и по боковой поверхности, имеющей соприкосновение с крышками двигателя. Поверхности, которые подвергаются трению, необходимо постоянно смазывать, что выливается в повышенный расход масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потребить от 400 гр до 1 кг масла на каждые 1000 км. Снижаются экологичные показатели работы двигателя, так как горючее сгорает вместе с маслом, в результате в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.
Из-за своих недоработок такие моторы не получили широкого распространения в автомобилестроении и в изготовлении мотоциклов. Но на базе РПД изготавливаются компрессоры и насосы. Авиамоделисты часто используют такие двигатели для конструирования своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не применяют сложную систему уплотнений в таких моторах, что значительно снижает его себестоимость. Простота его конструкции позволяет без проблем встроить в авиамодель.
КПД роторно-поршневой конструкции
Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.
Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:
- Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).
Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.
- КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).
Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.
- Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).
На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.
Современное состояние роторно-поршневого двигателя
На пути массового применения двигателя встали значительные технические трудности:
— отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
— обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
— проектировка и создания конструкции корпусных деталей, которые надежно прослужат весь жизненный цикл работы двигателя без коробления при неравномерном нагрева этих деталей.
В результате огромной проделанной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить почти все наиболее сложные технические задачи на пути создания РПД и выйти на этап их промышленного производства.
Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke. Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.
Между 1964 и 1967 годом произведено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменён на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 выпущено 37398 машин.
Наиболее успешно с данными проблемами справились инженеры фирмы Mazda. Она и остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Доработанный мотор серийно начался ставить на автомобиль Mazda RX-7 с 1978 года. С 2003 преемственность приняла модель Mazda RX-8, она и является на данный момент массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.
Российские РПД
Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам. Исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям начались в 1961 году, соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхозмаша СССР. Промышленное же изучение с дальнейшем выводом на производство данной конструкции началось в 1974 году на ВАЗе. специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД).
Поскольку лицензию купить не было возможности, был разобран и скопирован серийный «ванкель» от NSU Ro80. На этой основе разработали и собрали двигатель Ваз-311, а произошло это знаменательное событие в 1976 году. На ВАЗе разрабатывали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. Удалось решить целый ряд технических проблем связанные с работоспособностью газовых и маслосъемных уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в камере неблагоприятной формы. Свой первый серийный автомобиль ВАЗ с роторным двигателем под капотом представил публике в 1982 году, это был Ваз-21018. Машина внешне и конструктивно была как и все модели данной линейки, за одним исключением, а именно, под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.
Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем
Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы предприняли спасти проект. Уже в 83-ем появились двухсекционные Ваз-411 и Ваз-413 (мощностью, соответственно, 120 и 140 л.с.). Несмотря на низкую экономичность и малый ресурс, сфера применения роторного двигателя всё-таки нашлась – ГАИ, КГБ и МВД требовались мощные и незаметные машины. Оснащённые роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко догоняли иномарки.
С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится. В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич).
Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин. «Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.
Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414
На данный момент проект по разработке и внедрения отечественного РПД заморожен.
Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.
Общая информация о роторных двигателях
Роторный двигатель (также известный как двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля) — двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в 1954 году немецким инженером-механиком Феликсом Генрихом Ванкелем в качестве альтернативы классическому поршневому двигателю.
После некоторых технических усовершенствований, сделанных инженером Ханнсом Дитером Пашке, роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на заседании Немецкого союза инженеров в Мюнхене в 1919 г.
60.
Благодаря своей простоте, отличному соотношению мощности и веса, а также плавности хода и плавности хода двигатели Ванкеля были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности в 1960-х годах. В августе 1967 года компания NSU Motorenwerke AG привлекла большое внимание к очень современному NSU Ro 80, имевшему 115-сильный двигатель Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль, выбранный «Автомобилем года» в 1968 году.
В течение следующих десятилетий ряд крупных производителей автомобилей подписали лицензионные соглашения на разработку роторных двигателей Ванкеля, включая Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda.
После дальнейших усовершенствований двигателя, в том числе решения проблемы уплотнения вершины, Mazda успешно использовала двигатели Ванкеля в своих спортивных автомобилях серии RX до 2012 года. Технологическое превосходство роторных двигателей в автомобильной промышленности было подчеркнуто в 1991 году.
Мужская гонка, так как автомобиль с 4-х роторным двигателем Mazda 26B выиграл престижное соревнование.
В наши дни роторные двигатели Ванкеля, постоянно совершенствуемые такими компаниями, как Wankel Supertec GmbH, можно найти в мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, небольших судах и генераторах. Следующий этап развития относится к использованию роторных двигателей внутреннего сгорания в грядущей эре низкоуглеродного, экологически безопасного, надежного и доступного энергоснабжения. Таким образом, успешное испытание роторного двигателя Hydrogen 20 сентября 2019 г.позволяет Wankel Supertec уверенно смотреть в будущее.
Источник: findagrave.com
Источник: motorsport-total.com
Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется один или несколько треугольных роторов для преобразования давления, создаваемого при сгорании воздушно-топливной смеси, в кинетическую энергию. Объемы газа, транспортируемые в пространствах между флангами ротора и корпусом, поочередно выполняют четыре различные работы: а) всасывание; б) сжатие; в) горение и г) выхлоп.
Эти этапы известны как такты, что делает двигатель Ванкеля четырехтактным двигателем, подобным поршневому двигателю Отто.
ВПУСК
На этом этапе падение давления, вызванное движением ротора, втягивает воздушно-топливную смесь. Эта смесь обтекает ротор и нагнетается во второй такт цикла.
СЖАТИЕ
По мере того как ротор продолжает вращаться, захваченный (заштрихованный) объем, заключенный между ротором и корпусом, уменьшается, сжимая воздушно-топливную смесь.
ГОРЕНИЕ
Когда объем активной смеси минимален, одна или несколько свечей зажигания инициируют сгорание, вызывая быстрое повышение давления и температуры. Внезапное расширение газообразной топливной смеси передает усилие на эксцентрик через ротор.
ВЫПУСК
По мере вращения расширяющиеся газы приводят в движение ротор до тех пор, пока не откроется выпускное отверстие, освобождая их. Процесс выхлопа продолжается, когда впускное отверстие открывается, чтобы начать новый цикл.
Благодаря своей конструкции двигатель Ванкеля намного легче, компактнее и проще классического поршневого двигателя. Нет ни возвратно-поступательной массы, ни кривошипов, клапанов, штоков или других сложных деталей, подверженных поломкам. Двигатели Ванкеля содержат всего три движущихся части, что делает их более надежными, долговечными и удобными в обслуживании, чем их поршневые аналоги. Кроме того, эти движущиеся части находятся в постоянном однонаправленном вращении, что обеспечивает более высокие рабочие скорости, простоту балансировки и низкий уровень вибрации. Благодаря беспрецедентному соотношению мощности к размеру и мощности к весу двигатели Ванкеля незаменимы в различных областях применения, начиная от сектора легких самолетов и заканчивая комбинированными теплосиловыми установками и морской промышленностью.
Одним из основных недостатков двигателя Ванкеля является его низкий тепловой КПД. Длинная, тонкая и подвижная камера сгорания приводит к медленному и неполному сгоранию топливной смеси.
Это приводит к более высоким выбросам углерода и снижению эффективности использования топлива по сравнению с поршневыми двигателями. Однако этот недостаток превращается в преимущество при переходе на водородное топливо.
Еще одна слабость двигателей Ванкеля связана с уплотнением ротора и вершины. Плохая герметизация между краями ротора и корпусом – например, из-за износа или недостаточной центробежной силы на более низких диапазонах оборотов – может привести к просачиванию продуктов сгорания в следующую камеру.
Поскольку сгорание происходит только в одной секции роторного двигателя, в двух отдельных камерах существует большая разница температур. Как следствие, разные коэффициенты расширения материалов приводят к неоптимальному уплотнению ротора. Потребление масла также является проблемой, так как масло необходимо впрыскивать в камеры для добавления смазки и обеспечения герметичности ротора.
Проблема с роторными двигателями: инженерное объяснение
Масса мощности в маленьком, простом и легком корпусе.
В роторном двигателе Ванкеля есть за что любить, но недостаточно, чтобы поддерживать его жизнь. Давайте посмотрим, что пошло не так
Напомнить позже
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 сделано?)
- Какие недостатки имеет двигатель? (Почему он умер?)
youtube.com/embed/sd6pJtR4PaY?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»> Процесс работы 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.
Всасывание
По мере движения ротора 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.
Выпуск
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?
Соотношение веса и 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-поступательного движения 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.
Mazda RX-8 2011 года была последним серийным автомобилем с роторным двигателем Ванкеля, 1,3-литровым Renesis. Независимо от того, соответствовал ли RX-8 названию роторного двигателя, мы все прослезились из-за потери этого новаторского и уникального подхода к внутреннему сгоранию. Что нанесло последний удар? RX-8 не соответствовал нормам выбросов Euro 5, и, таким образом, он больше не мог продаваться в Европе после 2010 года.
Несмотря на то, что в штатах он оставался законным, продажи значительно упали, поскольку модель существовала с 2004 года.0003
Какие недостатки есть у поворотной конструкции?
Всего три основных движущихся части в двухроторном двигателе ВанкеляНизкий тепловой КПД
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).
Burn Baby Burn
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.
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 сложить все вместе, выбросы уничтожили ротор. Сочетание неэффективного сгорания, естественного сжигания масла и проблемы с уплотнением приводит к тому, что двигатель не может конкурировать по сегодняшним стандартам по выбросам или экономии топлива.
Чем RX-8 отличается от конкурентов?
Печально известный сальник от ротора RX-7 13BВ моем видео с описанием недостатков RX-8 зрители справедливо отметили, что я сравнивал автомобили 2015 модельного года с моделью 2011 года с точки зрения экономии топлива, что было несправедливо по отношению к Mazda. конец. Давайте исправим эту ошибку, используя первый модельный год RX-8.
| Автомобиль | Объем двигателя | Масса | Мощность | Комбинированный расход на галлон |
| 2004 Мазда RX-8 | 1,3 л 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 (11,8 л/100 км) |
Как вы можете видеть выше, RX-8 не имеет преимуществ 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.