Ідея роторного двигуна занадто приваблива: коли і конкурент дуже далекий від ідеалу, здається, що ось-ось подолаємо недоліки і отримаємо не мотор, а саму досконалість. остання модельз роторним двигуном - RX-8.

Історія створення роторного двигуна

Друге ім'я роторного двигуна (РПД) – ванкель (такий собі аналог дизеля). Саме Феліксу Ванкелю сьогодні приписуються лаври винахідника роторно-поршневого двигуна і навіть розповідається зворушлива історія про те, як Ванкель йшов до поставленої мети тоді, коли Гітлер йшов до своєї.

Насправді все було трохи інакше: талановитий інженер, Фелікс Ванкель справді працював над розробкою нового, простого двигунавнутрішнього згоряння, але це був інший двигун, заснований на сумісному обертанні роторів.

Після війни Ванкель був залучений німецькою фірмою NSU, яка займалася в основному випуском мотоциклів, в одну з робочих груп, які працювали над створенням двигуна роторного під керівництвом Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля - це великі дослідження ущільнень клапанів, що обертаються. Базова схема та інженерна концепція належать Фройді. Хоча Ванкель мав патент на подвійне обертання.

Перший двигун мав камеру, що обертається, і нерухомий ротор. Незручність конструкції навело на думку поміняти схему подекуди.

Перший двигун з ротором, що обертається, почав роботу в середині 1958 року. Він мало відрізнявся від свого нащадка наших днів – хіба свічки довелося перенести на корпус.

Незабаром фірма оголосила, що їй вдалося створити новий і дуже перспективний двигун. Майже сотня компаній, що займаються виробництвом автомобілів, закупили ліцензії на випуск цього мотора. Третина ліцензій опинилась у Японії.

РПД у СРСР

А ось Радянський Союз ліцензію не купував зовсім. Розробки власного роторного двигуна почалися з того, що до Союзу привезли та розібрали німецький автомобіль Ro-80, виробництво якого NSU розпочало у 1967 році.

Через сім років після цього на заводі ВАЗ з'явилося конструкторське бюро, яке розробляло виключно роторно-поршневі двигуни. Його працями у 1976 році виник двигун ВАЗ-311. Але перший млинець вийшов грудкою, і його допрацьовували ще шість років.

Перший радянський серійний автомобільз роторним двигуном – це ВАЗ-21018, представлений у 1982 році. На жаль, вже в дослідній партії у всіх машин вийшли з ладу двигуни. Доопрацьовували ще рік, після чого з'явився ВАЗ-411 та ВАЗ 413, які були взяті на озброєння силовими відомствами СРСР. Там не особливо переживали за витрату палива і малий ресурс мотора, зате потребували швидких, потужних, але непомітних авто, здатних наздогнати іномарку.

РПД на Заході

На Заході роторний двигун не зробив буму, а кінець його розробкам у США та Європі поклав паливна криза 1973 року, коли ціни на бензин різко злетіли, і покупці машин стали прицінюватися до моделей з ощадливою витратою палива.

Якщо врахувати, що роторний двигун з'їдав до 20 літрів бензину на сотню км, продаж його під час кризи впав до краю.

Єдиною країною Сході, яка втратила віру, стала Японія. Але і там виробники досить швидко охолонули до двигуна, який ніяк не хотів удосконалюватись. І врешті-решт там залишився один стійкий олов'яний солдатик – компанія Mazda. У СРСР паливна криза не відчувалася. Виробництво машин із РПД тривало і після розпаду Союзу. ВАЗ припинив займатися РПД лише у 2004 році. Mazda змирилася лише у 2012.

Особливості роторного двигуна

В основу конструкції покладено ротор трикутної форми, кожна грань якого має опуклість (). Ротор обертається за планетарним типом навколо центральної осі – статора. Вершини трикутника при цьому описують складну криву, що називається епітрохоїдою. Форма цієї кривої зумовлює форму капсули, усередині якої обертається ротор.

У роторного двигуна ті ж чотири такти робочого циклу, що і у його конкурента - поршневого двигуна.

Камери утворюються між гранями ротора та стінками капсули, їх форма – змінна серпоподібна, що є причиною деяких істотних недоліківконструкції. Для ізоляції камер один від одного використовуються ущільнювачі - радіальні та торцеві пластини.

Якщо порівнювати роторний ДВСз поршневим, то першим впадає в око те, що за один оборот ротора робочий хід відбувається три рази, а вихідний вал при цьому обертається втричі швидше, ніж сам ротор.

У РПД відсутня система газорозподілущо дуже спрощує його конструкцію. А висока питома потужність при малому розмірі та вазі агрегату є наслідком відсутності колінвалу, шатуни та інші сполучення між камерами.

Переваги та недоліки роторних двигунів

Переваги

Роторний двигунхороший тим, що складається з значно меншого числа деталей, Чим його конкурент - відсотків на 35-40.

Два двигуни однакової потужності - роторний і поршневий - сильно відрізнятимуться габаритами. Поршневий вдвічі більше.

Роторний двигун не відчуває великого навантаження на високих оборотах навіть у тому випадку, якщо на низькій передачі розганяти машину до швидкості понад 100 км/год.

Автомобіль, на якому стоїть роторний двигун, простіше врівноважити, що дає підвищену стійкість машинина дорозі.

Навіть найлегші з транспортних засобів не страждають від вібрації, бо РПД вібрує значно менше, ніж «поршневик». Це відбувається з більшої збалансованості РПД.

Недоліки

Головним недоліком роторного двигуна автомобілісти назвали б його. малий ресурсякий є прямим наслідком його конструкції. Ущільнювачі зношуються дуже швидко, тому що їхній робочий кут постійно змінюється.


Мотор відчуває перепади температурчерез кожен такт, що також сприяє зносу матеріалу. Додайте до цього тиск, який виявляється на поверхні, що труться, що лікується тільки впорскуванням масла безпосередньо в колектор.

Знос ущільнювачівстає причиною витоку між камерами, перепади тиску між якими надто великі. Через це ККД двигунападає, а шкода екології зростає.

Серпоподібна форма камер не сприяє повноті згоряння паливаа швидкість обертання ротора і мала довжина робочого ходу - причина виштовхування ще занадто гарячих, не до кінця згорілих газів на вихлоп. Крім продуктів згоряння бензину там ще є масло, що в сукупності робить вихлоп дуже токсичним. Поршневий – приносить менше шкоди екології.

Надмірні апетитидвигуна на бензин вже згадувалися, а олія він "жере" до 1 літра на 1000 км. Причому варто вкотре забути про масло і можна потрапити на великий ремонт, якщо не заміну двигуна.

Висока вартість - через те, що для виготовлення мотора потрібне високоточне обладнання та дуже якісні матеріали.

Як бачите, недоліків у роторного двигуна повно, але поршневий мотор недосконалий, тому змагання між ними не припинялося так довго. Чи закінчилося воно назавжди? Час покаже.

Розповідаємо як влаштований та працює роторний двигун

Автомобільна промисловість постійно розвивається. Не дивно, що з'являються альтернативні технології, які мені менш рідко з'являються в масовому виробництві. Саме до таких можна віднести роторні двигуни.

Важливо! Бурхливий поштовх у розвитку автомобілебудування дало винахід двигуна внутрішнього згоряння. Як наслідок машини стали їздити на рідкому паливі, і почалася бензинова ера.

Машини з роторним двигуном

Роторно-поршневий двигун був винайдений компанією NSU. Автором апарату став Вальтер Фройде. Проте цей пристрійу наукових колах носить ім'я іншого вченого, зокрема Ванкеля.

Справа в тому, що над цим проектом працював дует інженерів. Але основна роль створенні пристрою належала саме Фройде. Коли він працював над роторною технологією, Ванкель працював над іншим проектом, який закінчився нічим.

Тим не менш, в результаті підкилимних ігор тепер ми всі знаємо цей апарат як роторний двигун Ванкеля. Перша робоча модель була зібрана у 1957 році. Автомобілем першовипробувачем став NSU Spider. На той час він зміг розвинути швидкість у сто п'ятдесят кілометрів. Потужність двигуна «Павука» складала 57 л. с.

"Павук" з роторним двигуном випускався з 1964 по 1967 рік. Але масовим так і не став. Проте автовиробники не поставили хрест на цій технології. Мало того, вони випустили ще одну модель NSU Ro-80, і вона стала справжнім проривом. Велику роль відіграв правильний маркетинг.

Зверніть увагу на назву. Вже міститься вказівка ​​на те, що машина оснащена роторним двигуном. Мабуть, результатом цього успіху стала установка даних моторів, на такі відомі автомобілі, як:

• Citroen GS Birotor,
• Mercedes-Benz С111,
• Chevrolet Corvette,
• ВАЗ 21018.

Найбільше популярності роторні двигуни здобули в країні «Сонця, що сходить». Японська компанія Mazda пішла на ризиковий на той час крок і стала виробляти автомобілі з використанням цієї технології.

Першою ластівкою від компанії Mazda стала машина Cosmo Sport. Не можна сказати, що вона здобула величезну популярність, але свою аудиторію знайшла. Проте це був лише перший крок виходу роторних двигунів на японський ринок, а невдовзі, і на світовій.

Японські інженери не просто не зневірилися, а навпаки, стали працювати з потрійною силою. Результатом їхньої праці стала серія, яку з благоговінням згадують усі вуличні гонщики в будь-якій країні світу — Rotor-eXperiment або скорочено RX.

В рамках цієї серії було випущено декілька легендарних моделей, серед яких Mazda RX-7 Сказати, що ця машина з роторним двигуном була популярна, все одно, що промовчати. Мільйони фанатів вуличних перегонів починали саме з неї. У відносно низькій ціні, вона мала просто неймовірні технічні характеристики:

• розгін до сотні - 5,3 секунди;
• максимальна швидкість- 250 кілометрів на годину;
• потужність - 250-280 кінських сил залежно від модифікації.

Машина є справжнім витвором мистецтва, вона легка і маневрена, а її двигун викликає захоплення. При описаних вище характеристиках він має об'єм всього 1,3 літра. У ньому дві секції, а робоча напруга 13В.

Увага! Mazda RX-7 випускалася з 1978 по 2002 рік. За цей час було вироблено близько мільйона машин з роторними двигунами.

На жаль, остання модель цієї серії була випущена у 2008 році. Mazda RX8 завершила легендарну лінійку. Власне, на цьому історію роторного двигуна в масовому виробництві можна вважати завершеною.

Принцип роботи

Багато автомобільних експертів вважають, що конструкцію звичайного поршневого апарату потрібно залишити в далекому минулому. Проте мільйонам машин потрібна гідна замінаЧи може їм стати роторний двигун, давайте розберемося.

Принцип роботи роторного двигуна виходить з тиску, що створюється при спалюванні палива. Основною частиною конструкції є ротор, який відповідає за створення рухів потрібної частоти. В результаті енергія передається на зчеплення. Ротор виштовхує її, передаючи на колеса.

Ротор має форму трикутника. Матеріалом конструкції є легована сталь. Деталь знаходиться в овальному корпусі, в якому, власне, відбувається обертання, а також ряд важливих для вироблення енергії процесів:

• стиснення суміші,
• впорскування палива,
• створення іскри,
• подача кисню,
• злив відпрацьованої сировини.

Головна особливість устрою роторного двигуна полягає в тому, що ротор має вкрай незвичайну схему пересування. Результатом такого конструкторського рішення є три повністю ізольовані один від одного осередки.

Увага! У кожному осередку відбувається певний процес.

До першого осередку надходить повітряно-паливна суміш. У порожнині відбувається перемішування. Далі ротор переміщує отриману субстанцію наступного відсіку. Саме тут проходить стиск та займання.

У третьому осередку видаляється використане паливо. Злагоджена робота трьохвідсіків таки дає ту дивовижну продуктивність, яка була продемонстрована на прикладі автомобілів із серії RX.

Але головний секрет пристрою полягає зовсім в іншому. Справа в тому, що ці процеси не виникають один за одним, вони відбуваються миттєво. Як результат, всього за один оборот проходить три такти.

Вище було представлено схему роботи базового роторного мотора. Багато виробників намагаються модернізувати технологію, щоб досягти більшої продуктивності. Декому це вдається, інші ж зазнають поразки.

Японським інженерам вдалося досягти успіху. Вже згадані вище двигуни Мазда мають до трьох роторів. У скільки в такому разі зросте продуктивність, ви можете собі уявити.

Наведемо наочний приклад. Візьмемо звичайний двигун РПД з двома роторами і знайдемо найближчий аналог - шестициліндровий двигун внутрішнього згоряння. Якщо ж додати в конструкцію ще один ротор, то розрив буде і зовсім колосальним - 12 циліндрів.

Види роторних двигунів

Багато автокомпаній бралися за виробництво роторних двигунів. Не дивно, що було створено багато модифікацій, кожна з яких має свої особливості:

1. Роторний двигун з різноспрямованим рухом. Ротор тут не обертається, а ніби хитається навколо своєї осі. Процес стиснення відбувається між лопатками двигуна.
2. Пульсувально-обертальний роторний двигун. Усередині корпусу два ротори. Стиснення проходить між лопатями цих двох елементів, коли вони зближуються та видаляються.
3. Роторний двигун із ущільнювальною заслінкою - дана конструкція досі широко задіюється в пневматичних моторах. Для роторних двигунів внутрішнього згоряння суттєво переробляється камера, в якій відбувається запалення.
4. Роторний двигун, який працює за рахунок обертальних рухів. Вважається, що саме ця конструкція є найтехнічнішою досконалою. Тут немає деталей, які здійснюють зворотно-поступальні рухи. Тому роторні двигуни такого типу легко досягають 10 000 обертів на хвилину.
5. Планетарно-обертальний роторний двигун — найперша модифікація, винайдена двома інженерами.

Як бачите, наука не стоїть на місці, чимала кількість видів роторних моторівдозволять сподіватися на подальший розвитоктехнології у віддаленому майбутньому.

Переваги та недоліки роторного двигуна

Як бачите, роторні мотори користувалися певною популярністю свого часу. Мало того, дійсно, легендарні машинибули оснащені двигунами такого класу. Щоб зрозуміти, чому цей апарат встановлювався на передові моделі японських машин, потрібно дізнатися про всі його переваги і недоліки.

Переваги

З передісторії, представленої раніше, ви вже знаєте, що роторний двигун свого часу привернув велику увагу виробників моторів, тому було кілька причин:

1. Підвищена компактність конструкції.
2. Невелика вага.
3. РПД добре збалансований і створює під час роботи мінімум вібрацій.
4. Кількість запчастин у моторі на порядок менша, ніж у поршневому аналогу.
5. РПД має високі динамічні якості

Найголовніша ж перевага РПД — висока питома потужність. Авто з роторним двигуном може розігнатися до 100 кілометрів без перемикання високі передачіза збереження великої кількості оборотів.

Важливо! Використання роторного двигуна дозволяє досягти підвищеної стійкості автомобіля на дорозі завдяки ідеальному розважуванню.

Недоліки

Ось і настав час більше дізнатися, чому, незважаючи на всі переваги, більшість виробників припинили встановлювати роторні двигуни на свої автомобілі. До недоліків РПД зараховують:

1. Підвищена витрата палива під час роботи на низьких оборотах. У найвибагливіших до ресурсів машин він може досягати 20—25 літрів на 100 кілометрів пробігу.
2. Складність у виготовленні. На перший погляд, конструкція роторного двигуна набагато простіше, ніж у поршневого. Але він криється саме в деталях. Їх виготовити вкрай непросто. Геометрична точність кожної запчастини має бути на ідеальному рівні, інакше ротор не зможе пройти епітрохоїдальну криву з належним результатом. РПД вимагає при своєму виготовленні високоточне обладнання, яке коштує чималих грошей.
3. Роторний двигун часто перегрівається. Це з незвичайним будовою камери згоряння. На жаль, навіть через багато років інженерам не вдалося виправити цей дефект. Надлишок енергії, що виробляється при згорянні палива, нагріває циліндр. Це сильно зношує двигун і скорочує термін його експлуатації.
4. Також роторний двигун страждає на перепади тиску. Результат подібного ефекту швидке зносущільнювачів. Ресурс роботи одного якісно зібраного РПД лежить у діапазоні від 100 до 150 тисяч кілометрів пробігу. Після проходження даного рубежу без капітального ремонтувже не обійтись.
5. Складна процедура зміни олії. Споживання роторним двигуном олії на 1000 кілометрів становить 600 мілілітрів. Щоб деталі отримували належне мастило, олію необхідно міняти один раз на 5000 км. Якщо цього не зробити, то стає вкрай ймовірним серйозне пошкодженняключових вузлів агрегату.

Як бачите, незважаючи на визначні переваги РПД має низку вагомих недоліків. Проте конструкторські підрозділи у провідних автомобільних фірмах досі намагаються модернізувати цю технологію, і хтозна, можливо, одного разу, вони це вдасться.

Підсумки

Роторні двигуни мають безліч вагомих переваг, вони добре збалансовані, дозволяють швидко нарощувати оберти та забезпечують набір швидкості до 100 км за 4-7 секунд. Але є у роторних двигунів і недоліки, головний з яких невеликий термін експлуатації.

Як відомо, переважна більшість сучасних автомобілів оснащена двигунами внутрішнього згоряння або ДВЗ. Суть їх роботи полягає у перетворенні енергії, що утворюється при спалюванні паливної суміші, під час обертання валу, від якого за допомогою механічного приводу рух передається на колеса транспортного засобу. У переважній більшості автомобілів зараз використовуються ДВС, влаштовані за поршневою схемою. Але є й інший тип двигунів внутрішнього згоряння, а саме — роторні двигуни. Про даному типідвигуна ми розповімо в цій статті.

Історія роторних двигунів розпочалася у 1957 році, коли німецькими інженерами Феліксом Ванкелем та Вальтером Фройде було продемонстровано перший працездатний зразок такого силового агрегату. Спочатку новинкою дуже серйозно зацікавилися багато провідних світових виробників автомобілів (зокрема, Mercedes-Benz, General Motors, Citroen), однак у результаті тільки японська Mazdaзважилася на те, щоб освоїти випуск роторних двигунів великими серіями і не відмовлятися від них протягом тривалого часу.

До речі, навіть вітчизняний ВАЗпротягом багатьох років випускав обмеженими серіями «Жигулі» з роторними силовими агрегатами. «Звичайним» покупцям вони не постачалися, а вирушали ці машини до автопарків КДБ і, у невеликих кількостях, МВС СРСР.

Принцип роботи роторного двигуна, як і звичайного поршневого двигуна, базується на перетворенні енергії згоряння в енергію обертання, проте це перетворення здійснюється трохи іншим способом. У роторному двигуні обертальний рух здійснює безпосередньо головний його робочий елемент - ротор. Саме в цьому полягає найважливіша відмінність роторного двигуна внутрішнього згоряння від поршневого ДВС, в якому головними рухомими робочими елементами є поршні, що здійснюють не обертальний, а поворотно-поступальний рух.

Таким чином, у роторних двигунах в силу їх конструкції повністю виключаються досить складні за своєю конструкцією і потребують періодичного обслуговування. кривошипно-шатунні механізми, що перетворюють зворотно-поступальний рух у обертальний рух колінчастого валу

Так само, як і в поршневому, роторному двигуні використовується тиск газів, що утворюються в результаті згоряння паливно-повітряної суміші. Однак воно виникає не в циліндрах, а в камері, яка утворюється тією частиною корпусу, яка закрита стороною трикутного ротора, що знаходиться в ній. Саме він і використовується замість поршнів.

Обертання ротора під впливом цього тиску відбувається по траєкторії, що дуже нагадує лінію, намальовану спірографом. Завдяки цьому всі три вершини трикутного ротора при зіткненні з внутрішніми стінками корпусу двигуна утворюють камери герметичні згоряння. У міру обертання ротора кожен із трьох цих обсягів поперемінно то розширюється, то стискається. Такий режим функціонування роторного ДВЗ забезпечує здійснення таких процесів, як:

• Надходження паливно-повітряної суміші;
• Стиснення;
• Корисну роботу;
• Випуск вихлопу.

Таким чином, роторний двигун так само, як і стандартний поршневий двигун сучасного автомобіля, є чотиритактним.

Система запалювання і система впорскування палива в роторних двигунах схожа з аналогічними, що використовуються в поршневих двигунах, проте будова цих ДВС абсолютно різна. Основними конструктивними елементами роторного двигуна є:

• Ротор;
• Статор (корпус);
• Вихідний вал.

Як вже було сказано вище, ротор розташовується всередині статора (корпусу) і має три опуклі сторони. Кожна з них, по суті, грає роль поршня і має поглиблення, необхідне для того, щоб підвищити швидкість обертання. На кожній із сторін ротора є по два металеві кільця, які формують необхідні для функціонування цього ДВЗ камери згоряння.

Важливою складовою ротора є зубчасте колесо, розташоване в його центрі і сполучається із закріпленої на корпусі шестерень. Саме завдяки такому сполучення задається необхідна траєкторія та напрямок, за якими ротор обертається в корпусі.

Корпус роторного двигуна внутрішнього згоряння має овальну форму, яка розрахована та реалізована таким чином, щоб з його внутрішніми стінками завжди стикалися всі три вершини ротора. Це необхідно для того, щоб у будь-який момент часу всередині цього силового агрегату були присутні три повністю ізольовані один від одного обсяги газу. Крім того, в корпусі розташовуються порти впуску та випуску, причому в них немає клапанів: впускний порт з'єднується безпосередньо з дроселем, а випускний - безпосередньо з вихлопною системою.

Вихідний вал роторного двигуна зовсім не схожий колінчастий валпоршневого ДВЗ. На ньому ексцентрично, тобто з деяким усуненням щодо центральної осі розташовуються спеціальні виступи. З кожним з них пов'язаний окремий ротор (їх, до речі, у роторному двигуні розташовується не один, а кілька). При обертанні кожен з роторів штовхає «свій» кулачок, внаслідок чого на валу з'являється момент, що крутить.

Слід зазначити, що це роторні двигуни збираються шарами. У найбільш часто використовуваних двороторних їх п'ять, а утримуються всі за допомогою болтів, встановлених по колу. Охолодження роторних двигунів здійснюється за допомогою рідини, що охолоджує, яка походить через всі частини конструкції. Підшипники та ущільнення для вихідного валу розташовуються у двох крайніх шарах. Вони ж поділяють між собою частини корпусу, у яких розташовуються самі ротори. Впускні порти розташовуються в центральній частині, а випускні - у кожній із крайніх частин.

Переваги та недоліки роторних двигунів

Основними перевагами роторних двигунів у порівнянні з поршневими є:

• Менша кількість деталей, що рухаються;
• Більш плавна робота;
• Вища надійність.

У двороторному двигуні рухається тільки вихідний вал і обидва ротори, в той час, як навіть у найпростішому за конструкцією поршневому ДВС деталей, що рухаються, налічується не менше сорока. Відповідно, надійність роторного силового агрегату виявляється значно вищою.

У роторних двигунах всі частини, що рухаються, обертаються тільки в одному напрямку, що значно зменшує вібрації. Для ефективного гасіння тих, які все ж таки виникають, використовуються противаги. Слід зазначити, що обертання ротора в роторному двигуні становить лише третину від швидкості обертання валу. Це також позитивно впливає на надійність силового агрегату.

У роторних двигунів є кілька істотних недоліків. Мабуть, головний з них полягає в тому, що в порівнянні з поршневими ДВЗ вони витрачають значно більше палива. При цьому витрати на їх виробництво значно вищі, тому на сьогоднішній день великих серій вони не випускають.

Відео на тему

Трикутники, що обертаються, Рело від Мазда повертаються в маси, але явно під іншим соусом.

Ще в березні Мартін тен Брінк, віце-президент Mazda Motor Europe з продажу та обслуговування клієнтів активував ентузіастів по всьому світу однією лише своєю заявою, що роторний двигун Ванкеля повернеться у виробництво.

Зокрема, тен Брінк заявив, що роторний ДВС може стати елементом для розширення діапазону руху електричного автомобіля 2019 модельного рокуале на той момент це був просто слух. «Mazda не анонсувала жодних конкретних продуктів в той час. Однак Mazda, як і раніше, віддана роботі над технологіями роторних двигунів»., - Міркували на тему коментаря віце-президента Мазда в Mazda Motor of America.

Отже, що ж такого особливого в цьому легендарному двигуніякий так схвилював усіх своїм поверненням? І чому цього разу все може бути інакше?

Як він працює

Елементи системи двигуна

Натиснути для збільшення

Роторний двигун внутрішнього згоряння формою нагадує бочку. На ньому та в ньому ви не знайдете багатьох компонентів, до яких звикли у стандартному поршневому моторі. По-перше, в ньому немає поршнів, що ходять вгору і вниз. Замість них корисну роботуздійснює незвичайну форму трикутний поршень з округлими краями (трикутник Рело). Їх кількість може змінюватись від одного до трьох в одному двигуні, але найчастіше використовується схема з двома поршнями, що обертаються навколо валу за допомогою ексцентрикової порожнистої центральної частини.

Паливо та повітря нагнітаються у простір між сторонами роторів та внутрішніми стінками короба, де суміш займається. Швидке вибухове розширення газів повертає ротор, який таким чином виробляє потужність. Ротори виконують ту ж задачу, що і поршні в поршневому двигуні, але з набагато меншою кількістю частин, що рухаються, що робить більш легким і компактним, ніж поршневий двигун еквівалентного об'єму.

Враховуючи, що карбюратор/впуск знаходиться в лівій нижній частині зображення, джерело запалювання - праворуч, а вихлоп - праворуч вгорі, можна скласти візуальну схему, що показує процес роботи , починаючи з впуску паливо-повітряної суміші:

Потім ротор провертає ексцентриковий вал і підвищує тиск камери згоряння:

Джерело запалювання (або дві свічки, як у випадку з багатьма двигунами Ванкеля) починає процес займання:

Це згоряння палива та повітря закручує ротор під час робочого такту:

І нарешті, двигун випльовує і залишки незгорілого палива назовні:

Мало хто знає, але роторний двигун був спочатку придуманий майже 100 років тому, а не в 50-ті роки XX століття. Спочатку принцип роботи двигуна був опрацьований Феліксом Ванкелем, німецьким інженером, який вигадав свій принцип дії двигуна внутрішнього згоряння.

Перевага №1: Роторний двигун легший і компактніший від звичайного поршневого мотора

Війна, яка підняла одних інженерів, наприклад Фердинанда Порше, іншим не дала жодної можливості розвинутись. Не потрібні були в небезпечні часи мирні двигуни Ванкеля, тому винахіднику довелося чекати до 1951 року, коли він отримав запрошення від автовиробника NSU для розробки прототипу. Німецька компанія вирішила за допомогою хитрощі з'ясувати, чи такий гарний оригінальний двигун, паралельно давши можливість продемонструвати сили іншому інженеру - Ханнс Дітер Пашке.

Складна конструкція Ванкеля фактично програла простому прототипу, розробленому інженером Ханнсом Дітером Пашке, який лише прибрав з оригінальної конструкції все зайве, зробивши її виробництво економічно вигідним.

Так у Німеччині був винайдений та випробуваний новий двигун Mazda, який протягом довгих десятиліть був одним з небагатьох роторно-поршневих серійних моторівта єдиним у 21-му столітті.

Сучасний двигун Ванкеля - не зовсім двигун Ванкеля.

Так, основа роторного двигуна від Ванкеля стала найуспішнішою конструкцією. даного двигунау світі та єдиній, яка змогла складними шляхами дійти до серійного виробництва.

Ще на початку 60-х років у NSU та Mazda проводився дружній спільний конкурс на виробництво та продаж першого автомобіля з двигуном типу Ванкеля, коли вони працювали над сирим продуктом, намагаючись створити з нього якісний товар.

NSU став першим на ринку у 1964 році. Але німецькій компанії не пощастило: вона зруйнувала свою репутацію протягом наступного десятиліття неналежною якістю продукції. Часті відмовидвигуна знову і знову посилали власників до дилера та в магазин за запчастинами. Незабаром нерідко можна було виявити моделі NSU Spider або Ro 80, в яких було поміняно три роторні двигуни Ванкеля.

Проблема полягала в ущільненнях вершини ротора - тонких смужках металу між наконечниками роторів, що обертаються, і корпусами роторів. NSU зробив їх із трьох шарів, що викликало нерівномірний знос. Це була бомба уповільненої дії не лише для автомобілів фірми, а й для самого автовиробника. Мазда вирішила проблему ущільнення (вкрай важливого елементамотора, без якого він просто не був здатний працювати через відсутність тиску), зробивши їх одношаровими. Силовий агрегат почали встановлювати в 1967 на спортивні люксові моделі Cosmo.

На початку 70-х Mazda представила цілу лінійку автомобілів з двигуном Ванкеля - мрія, яка була розбита нафтовою кризою 1973 року. Довелося зменшити апетит і залишити мотор там, де його найбільше потребували - легкого спортивному купе Mazda RX-7. З 1978 по 2002 рік було випущено понад 800 тис. цих легендарних спорткарів з незвичайним двигуном, який більше не мав аналогів.

З Німеччини до Японії, з Японії до СРСР - ось шлях двигуна, розробленого в 20-х роках XX століття Ванкелем

Кохаємо та ненавидимо

Фанати техніки люблять роторні двигуни, тому що вони інші. Багато автолюбителів, які добре зналися на техніці, мали певну слабкість до такого дивного двигуна, що працює на звичайному паливі, але при цьому не виглядав як стандартний набір поршнів, клапанів та інших невід'ємних елементів звичайного поршневого мотора.

Залежно від специфіки двигуна ротор лінійно постачає потужність до 7.000-8.000 об/хв - безперебійно, практично на одному рівні моменту, що крутить. Ця рівна полиця моменту якраз і відрізняє його від переважної більшості поршневих ДВЗ, у яких спостерігається багато потужності на високих оборотах та її нестача при низьких.

Автовиробникам сподобався роторний двигун завдяки плавності його роботи. Ротори, обертаючись навколо центральної осі, не створюють жодної вібрації в порівнянні з поршневими двигунами, у яких верхня та нижня точки ходіння поршня виразно простежуються навіть усередині салону автомобіля.

Але незвичайний двигун- це необ'їздний кінь, норовлива тварина, тому на противагу любителям ідеї Ванкеля концепція також вселяє свою частку ненависті в середовищі автомобільних фанатів і механіків. І, начебто, чому?

Адже у двигуна простий дизайн: відсутній, відсутній розподільний вал, немає звичної системи клапанів. Але за простоту доводиться платити велику точність виробництва деталей. Вони мають бути зроблені бездоганно, що піднімає їхню вартість у рази, порівняно із запчастинами для звичайних поршневих двигунів. Друге – цих запчастин мало в природі. І по-третє, у світі майже немає фахівців, які займалися б лагодженням роторних моторів. У Москві, кажуть, є пара, але черга до них – на рік уперед.

З мінусів можна назвати своєрідну роботу роторного силового агрегату. Конструкція має на увазі згоряння масла в циліндрах двигуна, куди нагнітаються невеликі кількості. моторної оліїпрямо в камери згоряння. Робиться це для того, щоб змащувати прилеглі площі роторів, що обертаються на шаленій швидкості. Сизуватий дим, що іноді виходить із вихлопної труби, - це ознака біди, він відлякує незнаючих людей від моделей на зразок RX-7 або 8.

Роторні мотори також віддають перевагу мінеральні оліїсинтетичним, а їхній дизайн означає, що ви повинні час від часу підливати масло в цей ненаситний агрегат, щоб воно не закінчилося.

Ну і нарешті, ті ущільнення вершини ротора, які не вдалося зробити NSU, все ж таки недостатньо довговічні. Раз на 130-160 тис. км мотору потрібна капітальна перебирання. А це задоволення, як ви вже знаєте, дороге. Та й що таке 130 000 км? П'ять-шість років експлуатації? Малувато буде!

Сучасні водії також найбільш чутливі до інших недоліків роторних двигунів: високих викидів шкідливих речовинв атмосферу (цим, швидше, стурбовані в Greenpeace) та економії палива через тенденцію двигуна не повністю спалювати паливно-повітряну суміш перед відправкою її додому (тут, звичайно, удар наноситься по кишені автовласника). Так, роторні двигуни мають відмінний апетит.

Для RX-8 частково вирішила ці проблеми, розмістивши випускні отвори з боків камер згоряння. Але зараз боротьба за екологію загострилася і запропонованих покращень виявилося замало. Це стало ще однією причиною, через яку RX-8 став останнім автомобілеміз двигуном Ванкеля під капотом. Він продавався 10 років, з 2002 до 2012 року, але його вбила екологія.

Час для повторного повернення

Повернемося до чуток Mazda про те, що компанія може використовувати якийсь роторний двигун як «розширювач» діапазону для свого майбутнього електричного автомобіля. Ця штука мала сенс.

Ще у 2012 році Mazdaорендувала в Японії 100 електромобілів Demio EV, вони були хороші, але напружував невеликий діапазон без заряджання - менше 200 км.

Вивчивши справу, в 2013 році Mazda створила прототип, який отримав невеликий роторний двигун, той самий «розширювач» діапазону, який майже подвоїв цей діапазон. Модель назвали "Mazda2 RE Range Extender".

Колеса прототипу рухалися за допомогою електричного двигуна 0,33-літровий 38-сильний роторний моторчик працював для того, щоб перезаряджати батареї електричного двигуна, якщо вони розряджалися і поблизу не було місця для перезарядки.

Оскільки роторний двигун не міг відправляти потужність на колеса, Mazda2 RE не був гібридом, як Volt або Prius. Силовий агрегат Ванкеля, скоріше, був бортовим генератором, який додавав енергії акумуляторам.

Роторно-поршневий двигун (РПД) або двигун Ванкеля. Двигун внутрішнього згоряння, розроблений Феліксом Ванкелем у 1957 році у співавторстві з Вальтером Фройде. У РПД функцію поршня виконує тривершинний (тригранний) ротор, що здійснює обертальні рухи всередині порожнини складної форми. Після хвилі експериментальних моделей автомобілів і мотоциклів, що припала на 60-ті та 70-ті роки ХХ століття, інтерес до РПД знизився, хоча низка компаній, як і раніше, працює над удосконаленням конструкції двигуна Ванкеля. В даний час РПД оснащуються легкові автомобілі компанії Mazda. Роторно-поршневий двигун знаходить застосування у моделізмі.

Принцип роботи

Сила тиску газів від паливно-повітряної суміші, що згоріла, приводить в рух ротор, насаджений через підшипники на ексцентриковий вал. Рух ротора щодо корпусу двигуна (статора) проводиться через пару шестерень, одна з яких, більшого розміру, Закріплена на внутрішній поверхні ротора, друга, опорна, меншого розміру, жорстко прикріплена до внутрішньої поверхні бічної кришки двигуна. Взаємодія шестерень призводить до того, що ротор здійснює кругові ексцентричні рухи, торкаючись гранями із внутрішньою поверхнею камери згоряння. В результаті між ротором і корпусом двигуна утворюються три ізольовані камери змінного об'єму, в яких відбуваються процеси стиснення паливо-повітряної суміші, її згоряння, розширення газів, що надають тиск на робочу поверхню ротора та очищення камери згоряння від відпрацьованих газів. Обертальний рух ротора передається на ексцентриковий вал, встановлений на підшипниках і передає крутний момент на механізми трансмісії. Таким чином у РПД одночасно працюють дві механічні пари: перша - регулююча рух ротора і що складається з пари шестерень; і друга - перетворює кругове рух ротора обертання ексцентрикового валу. Передатне співвідношення шестерень ротора та статора 2:3, тому за один повний оборотЕксцентриковий вал ротор встигає провернутися на 120 градусів. У свою чергу, за один повний оборот ротора в кожній із трьох утворених його гранями камер проводиться повний чотиритактний цикл двигуна внутрішнього згоряння.
схема РПД
1 - впускне вікно; 2 випускне вікно; 3 – корпус; 4 – камера згоряння; 5 – нерухома шестерня; 6 – ротор; 7 – зубчасте колесо; 8 – вал; 9 – свічка запалювання

Переваги РПД

Головною перевагою роторно-поршневого двигуна є простота конструкції. У РПД на 35-40 відсотків менше деталей, ніж у поршневому чотиритактний двигун. У РПД відсутні поршні, шатуни, колінчастий вал. У "класичному" варіанті РПД немає і газорозподільного механізму. Паливо-повітряна суміш надходить у робочу порожнину двигуна через впускне вікно, яке відкриває грань ротора. Відпрацьовані гази викидаються через випускне вікно, яке перетинає, знову ж таки, грань ротора (це нагадує пристрій газорозподілу двотактного поршневого двигуна).
На окрему згадку заслуговує система мастила, яка в найпростішому варіанті РПД практично відсутня. Масло додається до палива - як при експлуатації двотактних мотоциклетних моторів. Змащування пар тертя (передусім ротора і робочої поверхні камери згоряння) виробляється самою паливо-повітряною сумішшю.
Оскільки маса ротора невелика і легко врівноважується масою противаг ексцентрикового валу, РПД відрізняється невеликим рівнем вібрацій та хорошою рівномірністю роботи. У автомобілях з РПД легше врівноважити двигун, досягнувши мінімального рівнявібрацій, що добре позначається на комфортабельності машини загалом. Особливою плавністю ходу відрізняються двороторні двигуни, в яких ротори самі є балансирами, що знижують рівень вібрацій.
Ще одна приваблива якість РПД – висока питома потужність при високих оборотах ексцентрикового валу. Це дозволяє добитися від автомобіля з РПД відмінних швидкісних характеристик при відносно невеликі витратипалива. Мала інерційність ротора та підвищена порівняно з поршневими двигунами внутрішнього згоряння питома потужність дозволяють покращити динаміку автомобіля.
Нарешті, важливою перевагою РПД є невеликі розміри. Роторний двигун менший за поршневий чотиритактний мотор тієї ж потужності приблизно вдвічі. І це дозволяє раціональніше використовувати простір моторного відсіку, більш точно розраховувати розташування вузлів трансмісії та навантаження на передню та задню вісь.

Недоліки РПД

Головний недолік роторно-поршневого двигуна – невисока ефективність ущільнень зазору між ротором та камерою згоряння. Ротор РПД, що має складну форму, вимагає надійних ущільнень не тільки по гранях (а їх чотири біля кожної поверхні - дві по вершинних, дві по бокових гранях), але і по бічній поверхні, що стикається з кришками двигуна. При цьому ущільнення виконані у вигляді пружних смужок з високолегованої сталі з особливо точною обробкою як робочих поверхонь, так і торців. Закладені в конструкцію ущільнень допуски на розширення металу від нагрівання погіршують їх характеристики - уникнути прориву газів у торцевих ділянок ущільнювальних пластин практично неможливо (у поршневих двигунах використовують лабіринтовий ефект, встановлюючи ущільнювальні кільцязазорами в різні боки).
У Останніми рокаминадійність ущільнень різко зросла. Конструктори знайшли нові матеріали для ущільнень. Проте говорити про якийсь прорив поки що не доводиться. Ущільнення досі залишаються вузьким місцем РПД.
Складна система ущільнень ротора вимагає ефективного мастила поверхонь, що труться. РПД споживає більше олії, Чим чотиритактний поршневий двигун (від 400 грамів до 1 кілограма на 1000 кілометрів). При цьому масло згоряє разом із паливом, що погано позначається на екологічності двигунів. У вихлопних газах РПД небезпечних здоров'ю людей речовин більше, ніж у вихлопних газах поршневих двигунів.
Особливі вимоги пред'являються і до якості олій, які у РПД. Це пов'язано, по-перше, зі схильністю до підвищеному зносу(через велику площу деталей, що стикаються - ротора і внутрішньої камери двигуна), по-друге, до перегріву (знову ж таки через підвищене тертя і через невеликі розміри самого двигуна). Для РПД смертельно небезпечні нерегулярна зміна масла - оскільки абразивні частинки в старій олії різко збільшують знос двигуна і переохолодження мотора. Запуск холодного двигуна та недостатній його прогрів призводять до того, що в зоні контакту ущільнень ротора з поверхнею камери згоряння та бічними кришками виявляється мало мастила. Якщо поршневий двигун заклинює при перегріві, то РПД найчастіше - під час запуску холодного двигуна (або під час руху в холодну погоду, коли охолодження виявляється надлишковим).
В цілому робоча температураРПД вищий, ніж у поршневих двигунів. Найбільша термонапружена область - камера згоряння, яка має невеликий об'єм і, відповідно, підвищену температуру, що ускладнює процес підпалу паливо-повітряної суміші (РПД через протяжну форму камери згоряння схильні до детонації, що теж можна віднести до недоліків цього типу двигунів). Звідси вимогливість РПД до якості свічок. Зазвичай їх встановлюють ці двигуни попарно.
Роторно-поршневі двигуни при чудових потужних і швидкісні характеристикивиявляються менш гнучкими (або менш еластичними), ніж поршневі. Вони видають оптимальну потужністьтільки на досить високих оборотах, що змушує конструкторів використовувати РПД у парі з багатоступеневими КП та ускладнює конструкцію автоматичних коробокпередач. Зрештою РПД виявляються не такими економічними, якими мають бути в теорії.

Практичне застосування в автопромисловості

Найбільшого поширення РПД набули наприкінці 60-х і на початку 70-х років минулого століття, коли патент на двигун Ванкеля був куплений 11 провідними автовиробниками світу.
1967 року німецька компанія NSU випустила серійний легковий автомобільбізнес-класу NSU Ro 80 . Ця модель випускалася протягом 10 років і розійшлася у світі в кількості 37204 екземплярів. Автомобіль користувався популярністю, але недоліки встановленого в ньому РПД зіпсували репутацію цієї чудової машини. На тлі довговічних конкурентів модель NSU Ro 80 виглядала "блідо" - пробіг до капітального ремонту двигуна при заявлених 100 тисяч кілометрів не перевищував 50 тисяч.
З РПД експериментували концерн Citroen, Mazda, ВАЗ. Найбільших успіхів досягла Mazda, яка випустила свій легковий автомобіль із РПД ще в 1963 році, на чотири роки раніше появи NSU Ro 80. Сьогодні концерн Mazda оснащує РПД спорткари серії RX. Сучасні автомобілі Mazda RX-8 позбавлені багатьох недоліків РПД Фелікса Ванкеля. Вони цілком екологічні та надійні, хоча серед автовласників та фахівців з ремонту вважаються «примхливими».

Практичне застосування у мотопромисловості

У 70-ті та 80-ті роки з РПД експериментували деякі виробники мотоциклів - Hercules, Suzuki та інші. В даний час дрібносерійне виробництво «роторних» мотоциклів налагоджено тільки в компанії Norton, що випускає модель NRV588 серійного випускумотоцикл NRV700.
Norton NRV588 - спортбайк, оснащений двороторним двигуном загальним обсягом 588 кубічних сантиметрів і розвиваючим потужність 170 кінських сил. При сухій вазі мотоцикла в 130 кг енергоозброєність спортбайка виглядає в буквальному значенні позамежною. Двигун цієї машини оснащений системами впускного трактузмінної величини та електронного упорскування палива. Про модель NRV700 відомо лише те, що потужність РПД у цього спортбайка досягатиме 210 к.с.