Роторно поршневой двигатель ванкеля: описание, устройство и принцип работы

Содержание

Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

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

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

Составные элементы и принцип работы

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

Детали Роторно-поршневого двигателя

   Принцип работы двигателя Ванкеля

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

Смесеобразование

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

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

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

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

Особенности РПД

Преимущества

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

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

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

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

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

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

Недостатки двигателя Ванкеля

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

— Качество свечей зажигания.

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

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

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

КПД роторно-поршневой конструкции

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

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

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

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

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

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

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

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

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.

Роторно-поршневой двигатель — Энциклопедия журнала "За рулем"

Роторно-поршневой двигатель(РПД), или двигатель Ванкеля. Двигатель внутреннего сгорания, разработанный Феликсом Ванкелем в 1957 году в соавторстве с Вальтером Фройде. В РПД функцию поршня выполняет трехвершинный (трехгранный) ротор, совершающий вращательные движения внутри полости сложной формы. После волны экспериментальных моделей автомобилей и мотоциклов, пришедшейся на 60-е и 70-е годы ХХ века, интерес к РПД снизился, хотя ряд компаний по-прежнему работает над совершенствованием конструкции двигателя Ванкеля. В настоящее время РПД оснащаются легковые автомобили компании Mazda. Роторно-поршневой двигатель находит применение в моделизме.

Принцип работы

Сила давления газов от сгоревшей топливо-воздушной смеси приводит в движение ротор, насаженный через подшипники на эксцентриковый вал. Движение ротора относительно корпуса двигателя (статора) производится через пару шестерен, одна из которых, большего размера, закреплена на внутренней поверхности ротора, вторая, опорная, меньшего размера, жестко прикреплена к внутренней поверхности боковой крышки двигателя. Взаимодействие шестерен приводит к тому, что ротор совершает круговые эксцентричные движения, соприкасаясь гранями с внутренней поверхностью камеры сгорания. В результате между ротором и корпусом двигателя образуются три изолированные камеры переменного объема, в которых происходят процессы сжатия топливо-воздушной смеси, ее сгорания, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищения камеры сгорания от отработанных газов. Вращательное движение ротора передается на эксцентриковый вал, установленный на подшипниках и передающий вращающий момент на механизмы трансмиссии. Таким образом в РПД одновременно работают две механические пары: первая - регулирующая движение ротора и состоящая из пары шестерен; и вторая - преобразующая круговое движение ротора во вращение эксцентрикового вала. Передаточное соотношение шестерен ротора и статора 2:3, поэтому за один полный оборот эксцентрикового вала ротор успевает провернуться на 120 градусов. В свою очередь за один полный оборот ротора в каждой из трех образуемых его гранями камер производится полный четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания.
схема РПД
1 - впускное окно; 2 выпускное окно; 3 - корпус; 4 - камера сгорания; 5 – неподвижная шестерня; 6 - ротор; 7 – зубчатое колесо; 8 - вал; 9 – свеча зажигания

Достоинства РПД

Главным достоинством роторно-поршневого двигателя является простота конструкции. В РПД на 35-40 процентов меньше деталей, чем в поршневом четырехтактном двигателе. В РПД отсутствуют поршни, шатуны, коленчатый вал. В «классическом» варианте РПД нет и газораспределительного механизма. Топливо-воздушная смесь поступает в рабочую полость двигателя через впускное окно, которое открывает грань ротора. Отработанные газы выбрасываются через выпускное окно, которое пересекает, опять же, грань ротора (это напоминает устройство газораспределения двухтактного поршневого двигателя).
Отдельного упоминания заслуживает система смазки, которая в простейшем варианте РПД практически отсутствует. Масло добавляется в топливо - как при эксплуатации двухтактных мотоциклетных моторов. Смазка пар трения (прежде всего ротора и рабочей поверхности камеры сгорания) производится самой топливо-воздушной смесью.
Поскольку масса ротора невелика и легко уравновешивается массой противовесов эксцентрикового вала, РПД отличается небольшим уровнем вибраций и хорошей равномерностью работы. В автомобилях с РПД легче уравновесить двигатель, добившись минимального уровня вибраций, что хорошо сказывается на комфортабельности машины в целом. Особой плавностью хода отличаются двухроторные двигатели, в которых роторы сами являются снижающими уровень вибраций балансирами.
Еще одно привлекательное качество РПД - высокая удельная мощность при высоких оборотах эксцентрикового вала. Это позволяет добиться от автомобиля с РПД отличных скоростных характеристик при относительно небольшом расходе топлива. Малая инерционность ротора и повышенная по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания удельная мощность позволяют улучшить динамику автомобиля.
Наконец, немаловажным достоинством РПД являются небольшие размеры. Роторный двигатель меньше поршневого четырехтактного мотора той же мощности примерно вдвое. И это позволяет рациональней использовать пространство моторного отсека, более точно рассчитывать расположение узлов трансмиссии и нагрузку на переднюю и заднюю ось.

Недостатки РПД

Главный недостаток роторно-поршневого двигателя - невысокая эффективность уплотнений зазора между ротором и камерой сгорания. Имеющий сложную форму ротор РПД требует надежных уплотнений не только по граням (а их четыре у каждой поверхности - две по вершинным, две по боковым граням), но и по боковой поверхности, соприкасающейся с крышками двигателя. При этом уплотнения выполнены в виде подпружиненных полосок из высоколегированной стали с особо точной обработкой как рабочих поверхностей, так и торцов. Заложенные в конструкцию уплотнений допуски на расширение металла от нагрева ухудшают их характеристики - избежать прорыва газов у торцевых участков уплотнительных пластин практически невозможно (в поршневых двигателях используют лабиринтовый эффект, устанавливая уплотнительные кольца зазорами в разные стороны).
В последние годы надежность уплотнений резко возросла. Конструкторы нашли новые материалы для уплотнений. Однако, говорить о каком-то прорыве пока не приходится. Уплотнения до сих пор остаются самым узким местом РПД.
Сложная система уплотнений ротора требует эффективной смазки трущихся поверхностей. РПД потребляет больше масла, чем четырехтактный поршневой двигатель (от 400 граммов до 1 килограмма на 1000 километров). При этом масло сгорает вместе с топливом, что плохо сказывается на экологичности моторов. В выхлопных газах РПД опасных для здоровья людей веществ больше, чем в выхлопных газах поршневых двигателей.
Особые требования предъявляются и к качеству масел, используемых в РПД. Это связано, во-первых, со склонностью к повышенному износу (из-за большой площади соприкасающихся деталей - ротора и внутренней камеры двигателя), во-вторых, к перегреву (опять же из-за повышенного трения и из-за небольших размеров самого двигателя). Для РПД смертельно опасны нерегулярная смена масла - поскольку абразивные частицы в старом масле резко увеличивают износ двигателя, и переохлаждение мотора. Запуск холодного двигателя и недостаточный его прогрев приводят к тому, что в зоне контакта уплотнений ротора с поверхностью камеры сгорания и боковыми крышками оказывается мало смазки. Если поршневой двигатель заклинивает при перегреве, то РПД чаще всего - во время запуска холодного двигателя (или при движении в холодную погоду, когда охлаждение оказывается избыточным).
В целом рабочая температура РПД выше, чем у поршневых двигателей. Самая термонапряженная область - камера сгорания, которая имеет небольшой объем и, соответственно, повышенную температуру, что затрудняет процесс поджига топливо-воздушной смеси (РПД из-за протяженной формы камеры сгорания склонны к детонации, что тоже можно отнести к недостаткам этого типа двигателей). Отсюда требовательность РПД к качеству свечей. Обычно их устанавливают в эти двигатели попарно.
Роторно-поршневые двигатели при великолепных мощностных и скоростных характеристиках оказываются менее гибкими (или менее эластичными), чем поршневые. Они выдают оптимальную мощность только на достаточно высоких оборотах, что вынуждает конструкторов использовать РПД в паре с многоступенчатыми КП и усложняет конструкцию автоматических коробок передач. В конечном итоге РПД оказываются не такими экономичными, какими должны быть в теории.

Практическое применение в автопромышленности

Наибольшее распространение РПД получили в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого столетия, когда патент на двигатель Ванкеля был куплен 11 ведущими автопроизводителями мира.
В 1967 году немецкая компания NSU выпустила серийный легковой автомобиль бизнес-класса NSU Ro 80. Эта модель выпускалась в течение 10 лет и разошлась по миру в количестве 37204 экземпляров. Автомобиль пользовался популярностью, но недостатки установленного в нем РПД, в конце концов, испортили репутацию этой замечательной машины. На фоне долговечных конкурентов модель NSU Ro 80 выглядела «бледно» - пробег до капитального ремонта двигателя при заявленных 100 тысячах километров не превышал 50 тысяч.
С РПД экспериментировали концерн Citroen, Mazda, ВАЗ. Наибольших успехов добилась Mazda, которая выпустила свой легковой автомобиль с РПД еще в 1963 году, на четыре года раньше появления NSU Ro 80. Сегодня концерн Mazda оснащает РПД спорткары серии RX. Современные автомобили Mazda RX-8 избавлены от многих недостатков РПД Феликса Ванкеля. Они вполне экологичны и надежны, хотя среди автовладельцев и специалистов по ремонту считаются «капризными».

Практическое применение в мотопромышленности

В 70-е и 80-е годы с РПД экспериментировали некоторые производители мотоциклов - Hercules, Suzuki и другие. В настоящее время мелкосерийное производство «роторных» мотоциклов налажено только в компании Norton, выпускающей модель NRV588 и готовящей к серийному выпуску мотоцикл NRV700.
Norton NRV588 - спортбайк, оснащенный двухроторным двигателем общим объемом в 588 кубических сантиметров и развивающим мощность в 170 лошадиных сил. При сухом весе мотоцикла в 130 кг энерговооруженность спортбайка выглядит в буквальном смысле запредельной. Двигатель этой машины оснащен системами впускного тракта переменной величины и электронного впрыска топлива. О модели NRV700 известно лишь то, что мощность РПД у этого спортбайка будет достигать 210 л. с.

Любопытные факты

1. Роторно-поршневые двигатели получили распространение среди авиамоделистов. Поскольку в модельном двигателе требования к надежности и экономичности снижены до предела, производство этих моторов оказывается недорогим. В этих двигателях уплотнений ротора либо нет вообще, либо эти уплотнения имеют простейшую конструкцию. Главное достоинство авиамодельного РПД в том, что его можно легко встроить в летающую масштабную модель. В частности, модельные РПД применяются при создании копий реактивных самолетов.
2. Получив патент на РПД в 1936 году Феликс Ванкель стал изобретателем не только двигателя внутреннего сгорания, но еще и роторно-поршневых насоса и компрессора. И эти устройства можно встретить гораздо чаще, чем РПД - на производстве, в ремонтных мастерских, в быту. Например, портативные электрические компрессоры для автомобилистов очень часто устроены по принципу роторно-поршневого насоса.

Статья в журнале "За рулем" №2, 1960

Статья в журнале об РПД польского инженера Рожицкого, "За рулем" №12, 1961

Статья в журнале "За рулем" №12, 1965

Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

 

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

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

 

 

Зри в корень. Устройство двигателя Ванкеля

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

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

{flashremote}http://www.motocafe.ru/images/stories/news_motocycles/news_076/articles/article19-rotary-engine-animation. swf{/flashremote}

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

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

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

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

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

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

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

 

 

Интересно, что за счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, и с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать аппарат более компактным, либо освободить место под другие цели.

Итак, компактность, производительность, оборотистость - не это ли есть магическая формула идеального двигателя, к которой пытаются приблизиться все без исключения производители мотоциклов? Да, именно так. Но в мотомире роторный двигатель пока прижиться не смог - все ставки сделаны на классический поршневой мотор различных конфигураций, таких как рядные "четверки" и v-образные "двойки" и "четверки". Правда, попадаются и редкие исключения:

Мотоциклы с РПД


Hercules

 

Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля

 

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

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

 

 

Зри в корень. Устройство двигателя Ванкеля

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

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

{flashremote}http://www.motocafe.ru/images/stories/news_motocycles/news_076/articles/article19-rotary-engine-animation.swf{/flashremote}

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

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

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

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

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

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

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

 

 

Интересно, что за счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, и с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать аппарат более компактным, либо освободить место под другие цели.

Итак, компактность, производительность, оборотистость - не это ли есть магическая формула идеального двигателя, к которой пытаются приблизиться все без исключения

Роторный двигатель - Rotary engine

Le Rhône 9C мощностью 80 лошадиных сил (60 кВт) , типичный роторный двигатель Первой мировой войны. По медным трубам топливно-воздушная смесь проходит от картера к головкам цилиндров, действуя вместе как впускной коллектор . Мотоцикл Megola с роторным двигателем на переднем колесе

Роторный двигатель был ранний тип двигателя внутреннего сгорания , как правило , разработаны с нечетным числом цилиндров в ряд в радиальном конфигурации , в котором коленчатый вал оставался неподвижным в эксплуатации, при этом весь картере и подключенных к нему цилиндров вращающейся вокруг него как единое целое . Его основное применение было в авиации, хотя оно также использовалось и до своей основной роли в авиации, в нескольких ранних мотоциклах и автомобилях .

Этот тип двигателя широко использовался в качестве альтернативы обычным рядным двигателям ( прямолинейным или V-образным ) во время Первой мировой войны и в годы, непосредственно предшествовавшие этому конфликту. Его описывают как «очень эффективное решение проблем выходной мощности, веса и надежности».

К началу 1920-х годов присущие этому типу двигателя ограничения сделали его устаревшим.

Описание

Различие между "роторными" и "радиальными" двигателями

Роторный двигатель - это, по сути, стандартный двигатель с циклом Отто , с цилиндрами, расположенными радиально вокруг центрального коленчатого вала, как и в обычном радиальном двигателе , но вместо фиксированного блока цилиндров с вращающимся коленчатым валом коленчатый вал остается неподвижным, а весь блок цилиндров вращается вокруг него. . В наиболее распространенной форме коленчатый вал был жестко прикреплен к планеру, а пропеллер просто привинчивался к передней части картера .

Анимация семицилиндрового роторного двигателя с порядком включения каждого второго поршня.

Эта разница также сильно влияет на конструкцию (смазка, зажигание, подача топлива, охлаждение и т. Д.) И функционирование (см. Ниже).

В музее Воздуха и Эспаса в Париже выставлена ​​специальная «секционная» рабочая модель двигателя с семью радиально расположенными цилиндрами. Он чередует вращательный и радиальный режимы, чтобы продемонстрировать разницу между внутренними движениями двух типов двигателей.

Договоренность

Подобно «неподвижным» радиальным двигателям, роторные двигатели обычно строились с нечетным числом цилиндров (обычно 5, 7 или 9), чтобы можно было поддерживать постоянный порядок срабатывания каждого второго поршня, чтобы обеспечить плавный ход. Роторные двигатели с четным числом цилиндров были в основном двухрядными.

Большинство роторных двигателей были расположены с цилиндрами, направленными наружу от единственного коленчатого вала, в той же общей форме, что и радиальные, но были также роторные оппозитные двигатели и даже одноцилиндровые роторные.

Достоинства и недостатки

Три ключевых фактора способствовали успеху роторного двигателя в то время:

  • Плавный ход: вращатели передают мощность очень плавно, потому что (относительно точки крепления двигателя) отсутствуют возвратно-поступательные части, а относительно большая вращающаяся масса картера / цилиндров (как блока) действует как маховик .
  • Улучшенное охлаждение: когда двигатель работал, вращающийся блок картер / цилиндр создавал свой собственный быстро движущийся охлаждающий воздушный поток , даже когда самолет неподвижен.
  • Преимущество в массе: роторные двигатели разделяют с другими двигателями радиальной конфигурации преимущество небольшого плоского картера. Превосходное воздушное охлаждение, обеспечиваемое движущимся двигателем, также означало, что цилиндры можно было делать с более тонкими стенками и более мелкими ребрами охлаждения. Их удельная мощность была улучшена по сравнению с двигателями, которым для плавной работы требовался дополнительный маховик.

Конструкторы двигателей всегда знали о многих ограничениях роторного двигателя, поэтому, когда двигатели в статическом стиле стали более надежными и обеспечили лучшие удельный вес и расход топлива, дни роторного двигателя были сочтены.

  • Роторные двигатели имели принципиально неэффективную систему смазки с полным объемом потерь масла . Чтобы достичь всего двигателя, смазочная среда должна попасть в картер через полый коленчатый вал; но центробежная сила вращающегося картера была прямо противоположна любой рециркуляции. Единственное практическое решение заключалось в том, чтобы смазка всасывалась топливно-воздушной смесью, как в большинстве двухтактных двигателей .
  • Увеличение мощности также сопровождалось увеличением массы и габаритов, умножая гироскопическую прецессию от вращающейся массы двигателя. Это создавало проблемы с устойчивостью и управляемостью в самолетах, на которых были установлены эти двигатели, особенно для неопытных пилотов.
  • Выходная мощность все больше шла на преодоление сопротивления воздуха вращающегося двигателя.
  • Управление двигателем было сложным (см. Ниже) и приводило к потере топлива.

Bentley BR2 конца Первой мировой войны , самый большой и самый мощный роторный двигатель, достиг точки, за которой этот тип двигателя не мог развиваться дальше, и он был последним в своем роде, принятым на вооружение Королевских ВВС.

Управление роторным двигателем

Моноупаковочные роторы

Часто утверждают, что роторные двигатели не имели дроссельной заслонки, и, следовательно, мощность могла быть уменьшена только путем периодического отключения зажигания с помощью переключателя-переключателя . Это почти буквально относилось к типу «Monosoupape» (одноклапанный), который забирал большую часть воздуха в цилиндр через выпускной клапан, который оставался открытым в течение части хода поршня вниз. Таким образом, насыщенность смеси в цилиндре нельзя было контролировать через впускное отверстие картера. «Дроссельная заслонка» (топливный клапан) моносупапа обеспечивала лишь очень ограниченную степень регулирования скорости, так как его открытие делало смесь слишком богатой, а закрытие - слишком бедной (в любом случае быстро заглохнув двигатель или повредив цилиндры. ). Ранние модели отличались новаторской формой изменения фаз газораспределения в попытке дать больший контроль, но это привело к сгоранию клапанов, и поэтому от него отказались.

Единственным способом плавной работы двигателя Monosoupape на пониженных оборотах был переключатель, который изменял нормальную последовательность зажигания, так что каждый цилиндр запускался только один раз за два или три оборота двигателя, но двигатель оставался более или менее сбалансированным. Как и в случае чрезмерного использования переключателя «мигающий»: работа двигателя на такой настройке в течение слишком долгого времени приводила к появлению большого количества несгоревшего топлива и масла в выхлопе и скоплению в нижнем кожухе, где это представляло печально известную опасность пожара.

«Нормальные» роторы

Большинство роторных двигателей имели нормальные впускные клапаны, так что топливо (и смазочное масло) подавалось в цилиндры уже смешанным с воздухом - как в обычном четырехтактном двигателе. Хотя обычному карбюратору, способному поддерживать постоянное соотношение топливо / воздух в диапазоне открытия дроссельной заслонки, препятствовал вращающийся картер; можно было регулировать подачу воздуха через отдельную заслонку или «блочную трубку». Пилоту нужно было установить дроссельную заслонку на желаемую настройку (обычно полностью открытую), а затем отрегулировать топливно-воздушную смесь в соответствии с потребностями с помощью отдельного рычага «точной регулировки», который управлял клапаном подачи воздуха (в манере ручного управления воздушной заслонкой). . Из-за большой инерции вращения роторного двигателя можно было отрегулировать соответствующую топливно-воздушную смесь методом проб и ошибок, не останавливая ее, хотя это варьировалось для разных типов двигателей, и в любом случае требовалось много практики, чтобы получить необходимая сноровка. После запуска двигателя с известной настройкой, которая позволяла ему работать на холостом ходу, воздушный клапан открывался до достижения максимальной скорости двигателя.

Дросселирование работающего двигателя для снижения оборотов стало возможным путем закрытия топливного клапана в требуемое положение при повторной регулировке топливно-воздушной смеси в соответствии с требованиями. Этот процесс также был сложным, так что снижение мощности, особенно при посадке, часто вместо этого достигалось путем прерывания зажигания с помощью переключателя.

Резка цилиндров с использованием переключателей зажигания имела недостаток, заключающийся в том, что топливо продолжало проходить через двигатель, смазывая свечи зажигания и затрудняя плавный перезапуск. Кроме того, в кожухе может скапливаться неочищенная топливно-масляная смесь. Поскольку это могло вызвать серьезный пожар при отпускании переключателя, стало обычной практикой вырезать часть или всю нижнюю часть в основном круглого кожуха на большинстве роторных двигателей или снабдить дренажными пазами.

К 1918 году руководство Клерже советовало поддерживать весь необходимый контроль с помощью регуляторов подачи топлива и воздуха, а также запускать и останавливать двигатель, включая и выключая топливо. Рекомендуемая процедура посадки включала отключение топлива с помощью рычага подачи топлива, при этом выключатель оставался включенным. Ветряной винт заставлял двигатель продолжать вращаться, не передавая никакой мощности, когда самолет снижался. Было важно оставить зажигание включенным, чтобы свечи зажигания продолжали зажигать искру и предохраняли их от смазывания, чтобы двигатель (если все пойдет хорошо) можно было перезапустить, просто повторно открыв топливный клапан. Пилотам посоветовали не использовать выключатель зажигания, так как это может привести к повреждению двигателя.

Пилоты уцелевших или воспроизводимых самолетов, оснащенных роторными двигателями, по-прежнему считают, что импульсный выключатель полезен при посадке, поскольку он обеспечивает более надежный и быстрый способ включения питания, если это необходимо, вместо риска внезапной остановки двигателя или отказа ветряной мельницы. двигатель перезапустить в самый неподходящий момент.

История

Просо

Мотоцикл Félix Millet 1897 года.

Феликс Милле продемонстрировал 5-цилиндровый роторный двигатель, встроенный в колесо велосипеда, на выставке Exposition Universelle в Париже в 1889 году. Милле запатентовал двигатель в 1888 году, поэтому его следует считать пионером роторного двигателя внутреннего сгорания. Машина с его двигателем принимала участие в гонке Париж-Бордо-Париж 1895 года, и система была запущена в производство Darracq и компанией London в 1900 году.

Hargrave

Лоуренс Харгрейв впервые разработал роторный двигатель в 1889 году с использованием сжатого воздуха, намереваясь использовать его в полете с двигателем. Вес материалов и отсутствие качественной обработки не позволили ему стать эффективным силовым агрегатом.

Balzer

Стивен М. Бальцер из Нью-Йорка, бывший часовщик, сконструировал роторные двигатели в 1890-х годах. Его интересовала поворотная компоновка по двум основным причинам:

  • Для выработки 100 л.с. (75 кВт) на низких оборотах, на которых работали двигатели того дня, импульс, возникающий при каждом такте сгорания, был довольно большим. Чтобы гасить эти импульсы, двигателям требовался большой маховик , который увеличивал вес. В роторной конструкции двигатель действовал как собственный маховик, поэтому роторные двигатели могли быть легче обычных двигателей аналогичного размера.
  • Цилиндры имели хороший поток охлаждающего воздуха над ними, даже когда самолет находился в состоянии покоя, что было важно, поскольку низкая скорость самолетов того времени обеспечивала ограниченный поток охлаждающего воздуха, а сплавы того времени были менее совершенными. Ранние конструкции Бальцера даже обходились без ребер охлаждения, хотя последующие роторы имели эту общую черту двигателей с воздушным охлаждением .

Бальцер произвел 3-цилиндровый автомобиль с роторным двигателем в 1894 году, а затем стал участвовать в попытках Лэнгли на аэродроме , в результате чего он обанкротился, когда он пытался сделать гораздо более крупные версии своих двигателей. Роторный двигатель Бальцера позже был преобразован в статический радиальный режим помощником Лэнгли, Чарльзом М. Мэнли , создав известный двигатель Мэнли-Бальцера .

Де Дион-Бутон

Знаменитая компания De Dion-Bouton выпустила экспериментальный 4-цилиндровый роторный двигатель в 1899 году. Хотя он предназначался для использования в авиации, он не устанавливался ни на одном из самолетов.

Адамс-Фарвелл

Пятицилиндровый роторный двигатель Adams-Farwell адаптирован для экспериментов на вертолете

Автомобили фирмы Адамс-Фарвелл с первыми прокатными прототипами фирмы, использующими 3-цилиндровые роторные двигатели, разработанные Фэй Оливером Фарвелл в 1898 году, привели к производству автомобилей Адамс-Фарвелл сначала с 3-цилиндровыми, а вскоре после этого и с 5-цилиндровыми роторными двигателями. позже, в 1906 году, как еще один ранний американский автопроизводитель, использующий роторные двигатели, специально изготовленные для использования в автомобилях. Эмиль Берлинер спонсировал разработку концепции 5-цилиндрового роторного двигателя Адамса-Фарвелла в качестве легкого силового агрегата для своих неудачных экспериментов с вертолетом. Позднее двигатели Адамса-Фарвелла приводили в действие самолеты с неподвижным крылом в США после 1910 года. Также утверждалось, что конструкция Gnôme была заимствована из Adams-Farwell, поскольку автомобиль Adams-Farwell, как сообщается, был продемонстрирован французской армии в 1904. В отличие от более поздних двигателей Gnôme и, как и более поздних авиационных роторных двигателей Clerget 9B и Bentley BR1, роторные двигатели Адамса-Фарвелла имели обычные выпускные и впускные клапаны, установленные в головках цилиндров.

Гном

Виды в разрезе движка Gnome

Двигатель Gnome был разработан тремя братьями Сегенами, Луи, Лораном и Огюстеном. Это были талантливые инженеры и внуки известного французского инженера Марка Сегена . В 1906 году старший брат Луи, он сформировал Сосьете де Moteurs Gnome построить стационарные двигатели для промышленного применения, имеющих лицензионное производство Гном одноцилиндровый стационарного двигателя от Motorenfabrik Oberursel -кто, в свою очередь, построенные лицензированные двигатели Gnome для немецких самолетов во время Первой мировой войны.

К Луи присоединился его брат Лоран, который разработал роторный двигатель специально для использования в самолетах с использованием цилиндров двигателя Gnom . Говорят, что первый экспериментальный двигатель братьев был 5-цилиндровым двигателем, который развивал 34 л.с. (25 кВт) и был скорее радиальным, чем роторным двигателем, но фотографии пятицилиндрового экспериментального образца не сохранились. Затем братья Сегуин обратились к роторным двигателям в интересах лучшего охлаждения, и первый в мире серийный роторный двигатель, 7-цилиндровый, с воздушным охлаждением, мощностью 50 л.с. (37 кВт) « Омега » был показан на Парижской автомобильной выставке 1908 года. Первый созданный Gnome Omega все еще существует и сейчас находится в коллекции Смитсоновского национального музея авиации и космонавтики . Компания Seguins использовала самый прочный из доступных материалов - недавно разработанный сплав никелевой стали - и снизила вес за счет обработки деталей из твердого металла с использованием лучших американских и немецких станков для создания компонентов двигателя; Стенка цилиндра Gnome мощностью 50 л. с. имела толщину всего 1,5 мм (0,059 дюйма), в то время как шатуны были фрезерованы с глубокими центральными каналами для уменьшения веса. Несмотря на небольшую мощность в единицах мощности на литр, его удельная мощность составляла выдающиеся 1 л.с. (0,75 кВт) на кг.

В следующем, 1909 году, изобретатель Роджер Раво установил его на свой Aéroscaphe , комбинированный самолет на подводных крыльях , который он участвовал в соревнованиях моторных лодок и авиации в Монако. Использование Генри Фарманом Gnome на знаменитом авиалайнере в Реймсе в том году принесло ему известность, когда он выиграл Гран-при за самую большую беспосадочную дистанцию ​​полета - 180 километров (110 миль) - а также установил мировой рекорд для длительный полет. Самый первый успешный полет на гидросамолете, из Анри Фабр «s Le Canard , было приведено в действие с помощью Gnome Omega 28 марта 1910 года близ Марселя .

Производство роторных двигателей Gnome быстро увеличивалось, и до Первой мировой войны было произведено около 4000 машин, и Gnome также произвела двухрядную версию (100-сильный Double Omega), более крупный 80-сильный Gnome Lambda и двухрядный Double Lambda мощностью 160 л. с. По стандартам других двигателей того периода, Gnome считался не особенно темпераментным и считался первым двигателем, способным проработать десять часов между капитальными ремонтами.

В 1913 году братья Сегуин представили новую серию Monosoupape («одинарный клапан»), в которой впускные клапаны в поршнях были заменены по одному клапану в каждой головке блока цилиндров, который выполнял функции впускного и выпускного клапана. Скорость двигателя контролировалась изменением времени открытия и степени открытия выпускных клапанов с помощью рычагов, воздействующих на ролики толкателя клапанов, от этой системы позже отказались из-за сгорания клапанов. Вес Monosoupape был немного меньше, чем у более ранних двухклапанных двигателей, и он использовал меньше смазочного масла. Monosoupape мощностью 100 л.с. был построен с 9 цилиндрами и развивал номинальную мощность при 1200 об / мин. В более позднем девятицилиндровом роторном двигателе Gnome 9N мощностью 160 л.с. использовалась конструкция клапана Monosoupape с добавлением коэффициента безопасности двойной системы зажигания , и он был последним известным роторным двигателем, в котором использовался такой формат клапана головки блока цилиндров.

Немецкий двигатель Oberursel U.III на выставке в музее

Роторные двигатели, производимые компаниями Clerget и Le Rhône, использовали обычные клапаны с толкателем в головке блока цилиндров, но использовали тот же принцип протяжки топливной смеси через коленчатый вал, при этом Le Rhônes имел выступающие медные впускные трубки, идущие от картера к картеру. верхней части каждого цилиндра, чтобы впустить впускной заряд.

Семицилиндровый двигатель Gnome мощностью 80 л.с. (60 кВт) был стандартом в начале Первой мировой войны, как Gnome Lambda, и быстро нашел свое применение в большом количестве конструкций самолетов. Он был настолько хорош, что получил лицензию от ряда компаний, включая немецкую фирму Motorenfabrik Oberursel, которая разработала оригинальный двигатель Gnom. Позднее Oberursel был куплен Fokker , чья 80-сильная копия Gnome Lambda была известна как Oberursel U.0. Для французских Gnôme Lambdas, использовавшихся в самых ранних образцах биплана Bristol Scout , не было ничего необычного , встретиться с немецкими версиями, использовавшимися в боях на Fokker EI Eindeckers со второй половины 1915 года.

Единственные попытки производить двухрядные роторные двигатели в любом объеме были предприняты Gnome с их четырнадцатицилиндровым двигателем Double Lambda мощностью 160 л.с. и с клоном конструкции Double Lambda, созданным немецкой фирмой Oberursel в начале Первой мировой войны, U.III такой же мощности. В то время как в сентябре 1913 года на примере двойной лямбды один из гоночных самолетов Deperdussin Monocoque достиг мирового рекорда скорости почти 204 км / ч (126 миль / ч), известно, что на него был установлен только Oberursel U.III. в несколько немецких серийных военных самолетов, истребитель-моноплан Fokker E.IV и истребитель-биплан Fokker D.III , оба из которых не смогли стать успешными боевыми типами, отчасти из-за низкого качества немецкой силовой установки, которая была склонна к износу всего через несколько часов боевого полета.

Первая Мировая Война

Siemens-Гальске Sh.III сохранились в Technisches музее Wien (Вена Музей Technology). Этот двигатель использовался в некоторых типах немецких истребителей к концу Первой мировой войны.

Выгодное соотношение мощности к весу из роторы было их главное преимущество. В то время как более крупные и тяжелые самолеты полагались почти исключительно на обычные рядные двигатели, многие конструкторы истребителей предпочитали роторные вплоть до конца войны.

Роторные двигатели имели ряд недостатков, в частности, очень высокий расход топлива, частично из-за того, что двигатель обычно работал на полностью открытой дроссельной заслонке, а также из-за того, что фазы газораспределения часто были не идеальными. Расход масла тоже был очень высоким. Из-за примитивной карбюрации и отсутствия настоящего картера смазочное масло добавлялось в топливно-воздушную смесь. Это сделало пары двигателя тяжелыми из-за дыма от частично сгоревшего масла. Касторовое масло было предпочтительным смазочным материалом, так как его смазывающие свойства не зависели от наличия топлива, а его склонность к образованию смол не имела отношения к системе смазки с полным отсутствием смазки. Прискорбным побочным эффектом было то, что пилоты Первой мировой войны вдыхали и проглатывали значительное количество масла во время полета, что приводило к стойкой диарее . Летная одежда пилотов роторных двигателей обычно пропитывалась маслом.

Вращающаяся масса двигателя также превратила его в большой гироскоп . В горизонтальном полете эффект не был особенно заметен , но при повороте гироскопическая прецессия стала заметной. Из-за направления вращения двигателя повороты влево требовали усилия и происходили относительно медленно, в сочетании с тенденцией к подъему носа, в то время как повороты вправо были почти мгновенными с тенденцией к опусканию носа. В некоторых самолетах это может быть полезно в таких ситуациях, как воздушный бой. Сопвич верблюд пострадал до такой степени , что он требует левого руля для левых и правых поворотов, и может быть чрезвычайно опасным , если пилот применяется на полную мощность в верхней части петли на низких скоростях. Пилоты-стажеры Camel были предупреждены, что делать первые резкие повороты вправо следует только на высоте более 1000 футов (300 м). Самый известный немецкий враг верблюда, то Fokker Dr.I триплан , также используется ротационный двигатель, как правило , клон Oberursel Ur.II из французских сложенного Le Rhone 9J 110 л.с. силовой установки .

Еще до Первой мировой войны были предприняты попытки решить проблему инерции роторных двигателей. Еще в 1906 году Чарльз Бенджамин Редруп продемонстрировал Королевскому летному корпусу в Хендоне двигатель «без реакции», в котором коленчатый вал вращался в одном направлении, а блок цилиндров - в противоположном, каждый из которых приводил в движение винт. Более поздним развитием этого был безреакционный двигатель Hart 1914 года, разработанный Редрупом, в котором был только один пропеллер, соединенный с коленчатым валом, но он вращался в направлении, противоположном блоку цилиндров, тем самым в значительной степени нейтрализуя негативные эффекты. Это оказалось слишком сложным для надежной работы, и Редруп изменил конструкцию на статический радиальный двигатель, который позже был опробован на экспериментальных самолетах Vickers FB12b и FB16 , к сожалению, безуспешно.

По мере того как война прогрессировала, авиаконструкторы требовали все большего количества энергии. Рядные двигатели смогли удовлетворить этот спрос за счет улучшения своих верхних пределов оборотов, что означало большую мощность. Улучшения в фазах газораспределения, системах зажигания и облегчении материалов сделали эти более высокие обороты возможными, и к концу войны средний двигатель увеличился с 1200 до 2000 об / мин. Роторный не смог сделать то же самое из-за сопротивления вращающихся цилиндров по воздуху. Например, если модель начала войны на 1200 об / мин увеличивала обороты до 1400, сопротивление цилиндров увеличивалось на 36%, поскольку сопротивление воздуха возрастало пропорционально квадрату скорости. На более низких оборотах сопротивление можно было просто игнорировать, но по мере того, как число оборотов росло, роторный двигатель вкладывал все больше и больше мощности в раскрутку двигателя, а оставалось меньше, чтобы обеспечить полезную тягу через винт.

Анимация внутренней работы Siemens-Halske Sh.III
Двухроторные конструкции Сименс-Хальске

Одна умная попытка спасти конструкцию, аналогичную британской концепции "безреакционного" двигателя Редрупа, была предпринята Siemens AG . Картер (с пропеллером, все еще прикрепленным непосредственно к его передней части) и цилиндры вращались против часовой стрелки со скоростью 900 об / мин, если смотреть снаружи с точки зрения «носа внутрь», в то время как коленчатый вал (который, в отличие от других конструкций, никогда не «выходил» из картера, ) и другие внутренние части вращались по часовой стрелке с той же скоростью, поэтому установка эффективно работала со скоростью 1800 об / мин. Это было достигнуто за счет использования конической передачи в задней части картера, что привело к созданию 11-цилиндрового двигателя Siemens-Halske Sh.III с меньшим сопротивлением и меньшим крутящим моментом. Используемый на нескольких типах поздней войны, в частности на истребителе Siemens-Schuckert D. IV , низкая частота вращения нового двигателя в сочетании с большими гребными винтами с крупным шагом, которые иногда имели четыре лопасти (как у SSW D.IV), давали типы с приводом от у него выдающаяся скороподъемность, а некоторые примеры силовой установки Sh.IIIa позднего производства, как говорят, даже выдавали целых 240 л.с.

Один новый самолет с роторным двигателем, D.VIII от Fokker , был спроектирован, по крайней мере частично, для того, чтобы частично использовать резервные двигатели Ur.II мощностью 110 л.с. (82 кВт) на заводе в Оберурзеле , которые сами являются клонами роторного двигателя Le Rhône 9J .

Из-за блокады судоходства союзниками немцы все больше не могли получить касторовое масло, необходимое для смазки их роторных двигателей. Заменители никогда не были полностью удовлетворительными, вызывая повышение рабочих температур и сокращение срока службы двигателя.

Послевоенный

К моменту окончания войны роторный двигатель устарел и довольно быстро исчез из употребления. Британские Королевские ВВС, вероятно, использовали роторные двигатели дольше, чем большинство других операторов. Стандартный послевоенный истребитель Королевских ВВС Sopwith Snipe использовал роторный двигатель Bentley BR2 как самый мощный (около 230 л.с. (170 кВт)) роторный двигатель, когда-либо построенный союзниками во время Первой мировой войны . Стандартный учебно-тренировочный самолет RAF в первые послевоенные годы, Avro 504 K 1914 года выпуска , имел универсальное крепление, позволяющее использовать несколько различных типов маломощных роторных двигателей, которых было много в избытке. Точно так же шведский учебно- тренировочный самолет FVM Ö1 Tummelisa , оснащенный роторным двигателем Le-Rhone-Thulin мощностью 90 л.с. (67 кВт), прослужил до середины тридцатых годов.

Конструкторам пришлось уравновесить дешевизну излишков военных двигателей с их низкой топливной экономичностью и эксплуатационными расходами на систему смазки с полным отсутствием потерь, и к середине 1920-х годов роторные двигатели были более или менее полностью вытеснены даже на британской службе, в основном за счет новое поколение "стационарных" радиальных двигателей с воздушным охлаждением, таких как Armstrong Siddeley Jaguar и Bristol Jupiter .

Эксперименты с концепцией роторного двигателя продолжились.

Первая версия двигателя Мишеля 1921 года , необычного двигателя с оппозитными кулачками , использовала принцип роторного двигателя, в котором его «блок цилиндров» вращался. Вскоре он был заменен версией с такими же цилиндрами и кулачком, но со стационарными цилиндрами и кулачковой дорожкой, вращающейся вместо коленчатого вала. Более поздняя версия полностью отказалась от кулачка и использовала три соединенных коленчатых вала.

К 1930 году советские пионеры вертолетной техники Борис Н. Юрьев и Алексей Михайлович Черемухин, работавшие в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ, ЦАГИ), построили одну из первых практичных однолифтных роторных машин с их одноместными ЦАГИ 1-ЭА. винтовой вертолет, оснащенный двумя роторными двигателями М-2 советской конструкции, которые сами по себе являются улучшенными копиями роторного двигателя Gnome Monosoupape времен Первой мировой войны. ЦАГИ 1-EA установил неофициальный рекорд высоты в 605 метров (1985 футов). Черемухин пилотировал его 14 августа 1932 года на сдвоенных роторных двигателях М-2.

Использование в автомобилях и мотоциклах

Хотя роторные двигатели в основном использовались в самолетах, некоторые автомобили и мотоциклы были построены с роторными двигателями. Возможно, первым из них был мотоцикл Millet 1892 года. Известным мотоциклом, выигравшим множество гонок, был Megola , у которого был роторный двигатель внутри переднего колеса. Другой мотоцикл с роторным двигателем был Чарльз Redrup «ы 1912 Redrup Радиальная , который был трехцилиндровый 303 куб.см роторный двигатель установлен на ряд мотоциклов по Redrup.

В 1904 году в Уэльсе был построен двигатель Барри , также разработанный Редрупом: вращающийся двухцилиндровый оппозитный двигатель весом 6,5 кг был установлен внутри рамы мотоцикла.

Немецкий мотоцикл Megola начала 1920-х годов использовал пятицилиндровый роторный двигатель в конструкции передних колес.

В 1940-х годах Кирилл Пуллин разработал Powerwheel , колесо с вращающимся одноцилиндровым двигателем , сцеплением и барабанным тормозом внутри ступицы, но оно так и не пошло в производство.

Другие роторные двигатели

Помимо конфигурации цилиндров, вращающихся вокруг фиксированного коленчатого вала, несколько различных конструкций двигателей также называются роторными двигателями . Самый известный беспоршневой роторный двигатель , роторный двигатель Ванкеля , использовался NSU в автомобиле Ro80 , Mazda в различных автомобилях, таких как серия RX, и в некоторых экспериментальных авиационных приложениях.

В конце 1970-х был испытан концептуальный двигатель под названием Bricklin-Turner Rotary Vee . Rotary Vee по конфигурации похож на локтевой паровой двигатель . Поршневые пары соединяются как сплошные V-образные элементы, причем каждый конец плавает в паре вращающихся групп цилиндров. Пары вращающихся цилиндров расположены так, что их оси расположены под большим углом V. Поршни в каждой группе цилиндров движутся параллельно друг другу, а не в радиальном направлении. Двигатель этой конструкции не производился. Rotary Vee был предназначен для питания Bricklin SV-1 .

Смотрите также

Ноты

внешние ссылки

Роторно-поршневой двигатель(Ванкеля). История создания и где применялся.

Роторный двигатель постоянно привлекает к себе внимание. Конструкция – проще не придумаешь, характеристики автомобиля с ротором под капотом такие, словно там два двигателя! Так почему же мы не ездим повсеместно на роторных машинах? Ответ на этот вопрос заключается в истории создания и применения роторного двигателя, запутанной, полной подъёмов и падений...

Создатель – Феликс Ванкель

Роторный двигатель

Имеет хождение старая байка, что Ванкель придумал чудо-двигатель в 1919 году. В неё всегда верилось с трудом: как мог 17-летний парень, пусть и талантливый, такое сотворить? Для этого надо пройти обучение где-нибудь в университете, научиться конструировать и рисовать. .. Гораздо вероятнее сведения о первых эскизах двигателя от 1924 года, которые сделал Ванкель, окончив высшую школу и поступив на работу в издательство технической литературы. Перелопачивая горы макулатуры, можно либо навсегда потерять к технике интерес, либо начать конструировать самому. Видимо, у Феликса душа лежала именно к конструированию.

Он открыл в городе Гейдельберге собственную мастерскую, а в 1927 году появились на свет чертежи «машины с вращающимися поршнями» (на немецком языке сокращенно DKM). Первый патент DRP 507584 Феликс Ванкель получил в 1929 году, а в 1934 году подал заявку на двигатель DKM. Правда, патент он получил через два года. Тогда же, в 1936 году, Ванкель обосновывается в Линдау, где размещает свою лабораторию.

Феликс Ванкель

Потом перспективного конструктора заметила власть, и работы над DKM пришлось оставить. Ванкель работал на BMW, Daimler и DVL, основные авиамоторостроительные предприятия фашистской Германии. Так что не удивительно, что до наступления 1946 года Ванкелю пришлось сидеть в тюрьме, как пособнику режима. Лабораторию в Линдау вывезли французы, и Феликс попросту остался ни с чем.

Лишь в 1951 году Ванкель устраивается на работу в мотоциклетную фирму – уже широко известный тогда NSU. Восстанавливая лабораторию, он заинтересовал Вальтера Фройде, конструктора гоночных мотоциклов своими конструкциями. Вместе Ванкель и Фройде продавили проект в руководстве, и разработка двигателя резко ускорилась. 1 февраля 1957 года заработал первый роторный двигатель DKM-54. Он работал на метаноле, но к июню проработавший 100 часов на стенде двигатель перевели на бензин.

Принципы работы роторного двигателя

Цикл двигателя Ванкеля

Но тут Фройде предложил новую концепцию роторного двигателя! В двигателе Ванкеля (DKM) ротор вращался вокруг неподвижного вала вместе с камерой сгорания, чем обеспечивалось отсутствие вибраций. Вальтер решил камеру сгорания зафиксировать, а ротор пусть будет приводить в движение вал, то есть использовать принцип двойственности вращения для роторного двигателя. Такой тип роторного двигателя получил обозначение KKM.

Принцип двойственности вращения сам Ванкель запатентовал в 1954, но он всё-таки использовал принцип DKM. Надо сказать, что Ванкелю идея такой инверсии не нравилась, но он ничего не мог поделать – у двигателя его любимого типа DKM обслуживание было трудоёмким, чтобы сменить свечи, требовалась разборка мотора. Так что двигатель типа KKM имел гораздо больше перспектив. Его первый образец закрутился 7 июля 1958 года (правда, на нем ещё в роторе стояли свечи, как на DKM). Впоследствии свечи перенесли на корпус двигателя, и он обрёл свой облик, принципиально не менявшийся до наших дней. Теперь по этой схеме устроены все роторные двигатели. Иногда их называют «ванкелями», в честь разработчика.

В таком двигателе роль поршня играет сам ротор. Цилиндром служит статор, имеющий форму эпитрохоиды, и когда уплотнения ротора двигаются по поверхности статора, образуются камеры, в которых происходит процесс сгорания топлива. За один оборот ротора такой процесс происходит трижды, а благодаря сочетанию форм ротора и статора число тактов такое же, как у обычного ДВС: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Анимацию работы роторного двигателя можно посмотреть здесь.

У роторного двигателя нет системы газораспределения – за газораспределительный механизм работает ротор. Он сам открывает и закрывает окна в нужный момент. Еще ему не нужны балансирные валы, двухсекционный двигатель по уровню вибраций можно сравнить с многоцилиндровыми ДВС. Так что идея роторного двигателя в конце пятидесятых казалась ступенькой для автомобилестроения в светлое будущее.

В серию!

NSU Spider

Послевоенная Германия начинала потихоньку богатеть, и автомобили расходились всё лучше и лучше. Фирма NSU работала на этом фронте, и ключевым моментом её модельной гаммы должны были быть двигатели Ванкеля. Уже с 1958 года шли работы по созданию автомобиля с роторным двигателем, и в 1960 году он был показан публике на конференции немецких конструкторов в Мюнхене. Машина под названием NSU Spider оснащалась двигателем Ванкеля, развивавшим 54 л.с. Многие усмехнутся, но для маленького спайдера это было в самый раз – он разгонялся до 150 км/ч. Spider производился с 1964 по 1967 год.

NSU Ro-80

Главным автомобилем, принёсшим известность Ванкелю, стал NSU Ro-80, представленный в 1967 году. Уже в его названии зашифрованы претензии на лидерство: «Ro» – это значит «роторный», а 80… Что-то вроде «автомобиль 80х годов». Машина установила новые правила экстерьера седанов: чистые линии, большая степень остекления, багажник выше капота... Влияние дизайна Ro-80 чувствуется в Audi 100. Благодаря малым размерам роторного двигателя переднюю часть машины удалось понизить и сузить, поэтому коэффициент аэродинамического сопротивления по сравнению с одноклассниками снизился на 25%. Оснащался седан двухсекционным двигателем Ванкеля рабочим объёмом 2 x 497,5 см3.

Двигатель развивал мощность 115 л.с., разгоняя новинку до 180 км/ч, а 100 км/ч с места достигались через 12,8 секунды. Успех был колоссальный. Ro80 тут же получил титул «Автомобиль 1967 года», роторный двигатель стал популярной темой на автовыставках. Множество автопроизводителей закупило лицензии на производство двигателей Ванкеля, но…

До серийного производства дело обычно не доходило. Тема оказалась не настолько проста, как казалась. И виной всему...

Врождённые недостатки

У перспективнейшей схемы есть серьёзные недостатки, справиться с которыми обойдётся дорого и трудно.

Камера сгорания у роторного двигателя вытянутой формы, словно серпик молодой луны. Естественно, тепловые потери на большей, чем в обычном цилиндре, площади приводят к высокой теплонагруженности двигателя и меньшему КПД. В такой камере сгорания и эффективного перемешивания рабочей смеси не происходит, а тогда – плохая экономичность и экологичность.

С точки зрения технолога, роторный двигатель далеко не подарок. В отличие от обычных поршневых двигателей, у которых процесс сгорания топлива происходит попеременно в разных цилиндрах, а в промежутках камера сгорания охлаждается на такте впуска рабочей смесью, роторный двигатель имеет только одну камеру сгорания, работающую постоянно. Поэтому ротор должен быть стойким к температурным изменениям, когда нагревшуюся поверхность начинает охлаждать рабочая смесь через такт.

Еще одна проблема – уплотнения. В поршневом ДВС кольца работают под одним и тем же рабочим углом. В роторном двигателе, когда ротор скользит углами по поверхности статора, уплотнениям приходится работать под разными углами. Естественно, трение приходится уменьшать, впрыскивая масло прямо в коллектор. Экологичность ещё больше страдает…

Ну и для заметки: роторный двигатель просто не может работать на солярке. Он не вынесет таких нагрузок, какие свойственны дизелю.

Машины с двигателем Ванкеля

NSU Ro-80

С самого начала работ над роторным двигателем фирма NSU не делала из этого тайны. Любая автофирма могла купить лицензию на производство нового мотора, и покупатели сразу нашлись. Daimler Benz, GM, Mazda, Citroen, Toyota… Многие из них хотели получить дешёвый и мощный двигатель, но, сталкиваясь с проблемами надёжности и эксплуатации, прекращали разработку. Да и сама NSU погорела именно на эксплуатации. Неопытные покупатели просто-напросто палили двигатели, перекручивая их сверх всяких норм. Надёжность двигателя в таких условиях была слишком низкой. А тут еще топливные кризисы! Расход топлива для Ro-80 составлял от 15 до 17,5 литров на 100 км…

Финансовые проблемы загнали NSU в яму, откуда ей не суждено было выбраться: в 1969 году её со всеми потрохами поглотил Volkswagen. Этим закончилось серийное производство роторных автомобилей в Германии.

Но опытные машины были. Mercedes Benz работал над суперкаром с роторным двигателем. Опытный образец появился в 1969 году и оснащался трёхсекционным роторным двигателем с объёмом каждой секции в 600 см3 и мощностью в 280 лошадиных сил. Лёгкий автомобиль с пластмассовым кузовом разгонялся до 257,5 км/ч, а до «сотни» за пять секунд.

Mercedes C111

Через год на Женевском Моторшоу публике представили С111 второго поколения. Автомобиль имел сверхобтекаемый по тем временам кузов, его Сх был в пределах 0,325. Двигатель получил ещё одну секцию и теперь развивал 350 л.с. Водитель такого автомобиля мог ездить на скорости 300 км/ч, а благодаря переработанному и укреплённому каркасу кузова он получал удовольствие от поведения машины в поворотах. Разгонялся второй образец до 100 км/ч ещё быстрее – за 4,8 секунды оранжевый клиновидный автомобиль достигал магической отметки и продолжал набирать скорость.

Поклонники «Gulfwing» уже выстраивались в очередь за новым «Крылом», но Mercedes не собирался тогда производить римейки своей легенды. Эти машины были нужны для обкатки нового мотора, но даже MB так и не смог справиться с основной проблемой роторного двигателя – его прожорливость была колоссальной. Так нефтяные кризисы погубили германское направление разработки «ванкелей».

Chevrolet Corvette

За океаном также присматривались к двигателю Ванкеля. Chevrolet получил лицензию на производство роторных двигателей и в 1970 году принялся за разработку Корветов с двух- и четырёхсекционными двигателями. Фиберглассовая модель с двигателем в базе получила одобрение президента GM Эда Коула в июне 1971 года. Спустя год, в июне 1972 года, Corvette со стальным кузовом и с двухсекционным роторным двигателем был представлен правлению GM, и получил обозначение XP-987GT.

К январю 1973 года был собран и Корвет с двигателем с четырьмя секциями, в апреле он продувался в аэродинамической трубе в Калифорнии. Corvette с двухсекционным ротором мощностью 266 л.с. выставлен на обозрение публики 13 сентября 1973 года во Франкфурте, а его собрат с четырёхсекционным сердцем и мощностью 390 л.с. показался на Парижском салоне 4 октября того же года. Но 24 сентября 1974 года Эд Коул отложил разработку Corvette с двигателем Ванкеля из-за трудностей с выпуском.

Немецкую идею восприняли и в соседней Франции. Сотрудничать с NSU французы начали в 1964 году, образовав с немецким партнером компанию Comotor. В 1973 году Citroen завершил разработку роторного двигателя и в 1974 в производство пошел Citroen GS Birotor.

Citroen GS Birotor

Автомобиль оснащался двухсекционным роторным двигателем объёмом 2 х 498 см3, развивающим 107 лошадиных сил при 5500 об/мин. Рабочую смесь ванкелю поставляли два карбюратора Solex. Машины также оснащены полуавтоматом и гидравлической подвеской. Когда запущен двигатель, Birotor поднимается над землей (традиция Citroen) и выглядит при этом почти как полноприводник. Салон отделывался тканью и винилом, как дополнительное оснащение устанавливались радио, тонированные стёкла и люк в крыше.

С марта по август 1974 года завод покинули 750 Ситроенов с роторным двигателем. До конца 1974 года сделали еще 93 машины, а в 1975 только 31 GS Birotor съехал с конвейера. Всего, как не трудно подсчитать, было сделано 874 Citroen GS Birotor. В 1977 году завод отозвал роторные машины, чтобы их ликвидировать. Однако порядка 200 машин могли уцелеть, но большинство нигде не зарегистрированы. Вероятность обнаружить живой Birotor больше всего во Франции, а вообще они продавались в Швеции, Великобритании, Германии, Дании и Нидерландах.

Но самого верного и последовательного поклонника идея Ванкеля приобрела в далёкой Японии, где фирме Mazda позарез требовалась свежая идея, чтобы выделяться среди остальных. Тогда правительству самураев пришла в голову идея объединить весь автопром. Но от неё отказались, и правильно сделали!

Mazda Cosmo Sport

Первым автомобилем Mazda с роторным двигателем стало купе Mazda Cosmo Sport, первый образец которой был показан на Токийском автосалоне в 1964 году. В 1965 была произведена первая партия из 60 Космосов, но серийное производство началось только в 1967 году.

Космос серии 1 оснащался двухсекционным двигателем Ванкеля 10A 0810 объёмом 2 x 491 см3 с двумя карбюраторами Hitachi. Такая силовая установка развивала мощность в 110 л.с. и разгоняла немаленький автомобиль до 185 километров в час. Управлять машиной помогала 4-скоростная ручная коробка передач и передняя независимая подвеска. Производилась первая серия с мая 1967 года по июль 1968, сделано 343 машины.

С июля 1968 года производилась вторая серия Cosmo Sport. Машина получила двигатель 10A 0813 мощностью 128 лошадиных сил, пятискоростную коробку передач, более мощные тормоза и 15-дюймовые тормоза (на предыдущей серии стояли 14-дюймовые). Теперь Космос мог достичь скорости 120 миль в час (или 193 км/ч), а четырёхсотметровую дистанцию проехать при старте с места за 15,8 секунды. Внешне обновлённую модель можно было отличить по увеличившейся «пасти» и по чуть увеличенной базе. До июля 1972 года сделали 1176 машин, что относительно неплохо при ручной сборке и норме выпуска одна машина в день.

Тогда же, с 1968 по 1973 год производилась роторная модификация модели Familia. Двухдверное купе использовало шасси обычной Фамилии, но под капотом у нее жил двигатель Ванкеля мощностью 100 л.с. от Космоса. Меньшая по сравнению с Cosmo мощность двигателя 10А 0820 объясняется малыми размерами карбюратора. Для недорогой машины использовались недорогие материалы – в частности, алюминий заменялся чугуном. Но вес двигателя увеличился ненамного, на 20 кг, и достиг всего 122 кг. Familia R100 участвовала в гонках 24 часа Спа и Ле-Мана, где она проигрывала только 911-ым и BMW.

Mazda Luce R130

Третьей моделью стало заднеприводное купе Luce люкс-класса. Переднемоторная машина с дизайном от Джуджаро оснащалось двигателем модели 13А объёмом 2 x 655 см3, развивавшим 126 лошадиных сил. Четверть мили при разгоне с места Luce R130 мог проехать за 16,9 секунд. Эта машина не поставлялась на американский рынок. Производилась модель с 1969 по 1972 год.

В 70-х годах прошлого века двигатель Ванкеля ставился японцами практически на любую свою новую модель, от Capella до пикапа и микроавтобуса. Именно в это десятилетие родился бренд «RX», значащий для Мазды то же самое, что и «GTI» для Фольксвагена. Роторный двигатель обходил конкурентов по всем статьям, но неожиданные финансовые потери заставили руководство фирмы. В 1970 появилась смена Familia R100. Новая модель Mazda RX2 основывалась на шасси модели Capella с обычным поршневым двигателем. RX2 предлагалась покупателям с кузовами «седан» и «купе», представлявшими собой лишь модификации таких же версий модели Капелла, и отличаясь от них внешне лишь шильдиками. Основные изменения скрывались под капотом.

RX2 оснащалась двигателем модификации 12А, имеющим две секции общим объёмом 1146 кубических сантиметров. «Ванкель» развивал мощность 130 л. с., что для весящей 1050 кг машины означало хорошую динамику даже по сегодняшним меркам. Такая «горячесть» модели обеспечивало ей любовь поклонников. В 1974 году Mazda RX2 получила чуть улучшенный двигатель, то позволило ей продержаться в производстве до 1978 года.

С октября 1972 года Mazda производила большой автомобиль Luce Rotary, пришедший на замену Luce R130. Три кузова – купе, седан и универсал, ручная 4-ступенчатая коробка передач и 3-ступенчатый автомат производили впечатление. Автомобиль продавался с двигателем 12А, выдававшим 130 л.с., но на экспорт в Америку с 1974 года он поставлялся оснащённым мотором серии 13В и под новым названием RX-4. Этот роторный двигатель поглощал меньше топлива и соответствовал американским нормам по чистоте выхлопа.

13В выдавал мощность 110 л.с., что обеспечивало купе или седану снаряжённой массой около 1190 кг неплохую динамику. Универсал участвовал в тестах журнала Road&Truck в 1974 году и показал вполне сносные результаты, несмотря на массу, возросшую до 1330 кг. Разгоняясь до 60 миль в час за 11,7 секунд, он 400 метров преодолел за 18 секунд, показав в конце мерного отрезка 124,5 км/ч. Журнал отметил и возросшую экономичность модели, внеся её в десятку «Лучших Покупок в диапазоне цен 3500-6000$». Сама машина стоила 4250 долларов, но за опции в виде кондиционера (395$) или «автомата» (270$) приходилось доплачивать. Производилась модель ровно пять лет, претерпев в 1976 году обновление кузова.

Mazda Rotary Pickup

С 1974 года на американском и канадском авторынках стал продаваться первый и пока единственный роторный пикап. Mazda продавала его исключительно на заокеанском рынке, на внутреннем он не был представлен. От пикапов серии B и родственных им Ford Courier роторная модель отличалась внешним видом – увеличившимися бамперами, другими линиями, хромированной передней решёткой радиатора и круглыми задними фонарями.

Под капотом Rotary Pickup располагался знакомый уже мотор 13B, который придавал пикапу изрядную толику спортивности. Было изготовлено 15 000 машин, большинство из которых продано в 1974 году, перед энергетическим кризисом. Из-за кризиса продажи резко упали, автомобилей 1976 модельного года было сделано всего около 700. Mazda изменила дизайн для машин 1977 модельного года, обновила электронику, заменила коробку передач на 5-скоростную, даже удлинила кабину на 10 см для пущего комфорта, но всё было напрасно. В 1977 году модель была снята с производства.

Mazda Parkway Rotary 26

C июля 1974 производилась еще одна редчайшая модель Parkway Rotary 26 – единственный в мире автобус с роторным двигателем. Оснащён он был мотором модели 13B рабочим объёмом 2 x 654 см3, развивавшим уже 135 л.с. и обладавшим низким уровнем содержания вредных веществ в выхлопных газах. Управлялся этот силовой агрегат с помощью четырёхступенчатой ручной коробки передач. Немаленький автобус (габариты 6195 x 1980 x 2295 мм, снаряжённая масса 2835 кг) легко разгонялся до крейсерской скорости 120 км/ч.

Прозвище «двадцать шесть» Парквэй получил за вместимость – в стандартной комплектации DX он имел на борту 26 пассажирских мест, что было отражено и в его названии. Имелась и роскошная версия Super DX, вмещавшая только тринадцать человек. Модель отличалась низким уровнем вибраций и тишиной в салоне, что было обеспечено гладкостью работы роторного двигателя. По заказу Parkway можно было оснастить системой вентиляции. Производство завершено в 1976 году.

В 1975 году австралийское отделение Holden концерна Ford поставило своим японским коллегам машину представительского класса Premier для выпуска под брэндом Mazda. Производство машин было успешно освоено, но Holden не дал японцам двигателей, подходящих для машины весом 1575 кг, и они приспособили под капот большого седана Mazda RoadPacer роторный двигатель модели 13B. Поскольку он был мощнее, чем те моторы, что имелись у Холдена, то максимальная скорость достигла 166 км/ч, но вот крутящего момента ему явно не хватало. Разгон был очень слабым, а расход топлива и так не отличающегося плохим аппетитом мотора зашкалил за 26 литров бензина на 100 км. Первоначально планировавшийся как представительский, автомобиль попал в продажу во время топливного кризиса и успеха на рынке закономерно не получил. Сняли неудачливого RoadPacer’а с производства через три года.

Mazda RX-7

Последнее, третье поколение RX-7 было полнокровным японским спортивным автомобилем. Под капот ставился роторный двигатель модели 13B-REW, оснащавшийся двумя турбинами, стоящими друг за другом. Система работы двух турбин была разработана вместе с фирмой Хитачи и обкатана на модели Cosmo, продававшейся на внутреннем рынке. Первая турбина была маленькой и работать начинала на малых оборотах двигателя (примерно с 1800 об/мин), чтобы на них не возникала «турбояма». Вторая турбина была побольше и включалась в работу с 4000 об/мин. Их совместная работа была отлажена настолько, что крутящего момента «хватало» всегда.

Платформа FD была оценена как разработка мирового класса. Длительная работа над улучшением ходовых качеств, отточенное шасси, низкий центр тяжести и равномерное распределение веса по осям привели к появлению очень серьёзного «драйверского» автомобиля.

Русская страница этой истории

ВАЗ 21018

Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам: некий умелец собрал и установил на свой мотоцикл в качестве эксперимента двигатель Ванкеля. Промышленное производство началось в 1974 году на ВАЗе с создания Специального конструкторского 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. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. И на выставке НТТМ-82 ВАЗ наконец-то представил свой первый серийный автомобиль с роторным двигателем под капотом – Ваз-21018. Машина практически по конструкции не отличалась от своих обычных «поршневых» собратьев, но под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 машинах опытной серии при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.

Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы начали спасать тонущий 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.

ВАЗ 21079

А затем СКБ был увлечён новой темой – роторные двигатели стали пробовать применить в малой авиации. Безрезультатное отвлечение от темы 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.

К сожалению, одно из самых перспективных направлений в нашем автомобилестроении было свёрнуто.

Дальнейшие перспективы роторных двигателей

Сейчас серийно выпускается только Mazda RX-8. У неё потрясающие управляемость и динамика: максимальная скорость 235 км/ч и разгон до сотни за 6,4 секунды. Двигатель нового поколения Renesis выдаёт 250 л.с. при 9000 об/мин без турбонаддува с двух секций общим объёмом 1598 см3, и расходует на удивление мало бензина.

Но для новой RX-8 свойственны некоторые отличия от легендарных машин прошлого. Экологические требования привели к отказу от применения турбонаддува, который придавал прежним моторам невероятную мощь. Кроме того, японские тюнингеры разгоняли их до 1000 л.с., повышая давление наддува, а с новым мотором этого не выйдет. Он форсирован по-другому, методом повышения максимальных оборотов. Видимо, это плата за существование двигателя Ванкеля в новом, странном и непонятном, но экологичном мире.

История не закончена…

В настоящее время разработку роторных двигателей официально ведёт только Mazda, накопившая в этой области гигантский опыт. Именно ей принадлежит идея заставить роторный двигатель работать на водородном топливе, таким образом, исключая выбросы вообще. Правда, роторный двигатель Renesis на водороде работает с неохотой, выдавая всего 109 лошадей. Но для упорных японцев это не проблема. Пока RX-8 Hydrogene возит на борту два бака – один для бензина, другой для водорода. На трассе Мазда ездит на бензине, а в городе на водороде – переключение между видами топлива происходит с водительского места простым нажатием кнопки.

Так что история роторного двигателя на этом не заканчивается. Возможно, в будущем к двигателю, работающему на чистом водороде, японцы приспособят турбонаддув...

Вместо поскриптума

Недавно на крупном автосайте обнаружено сообщение о разработке АвтоВАЗом нового роторного двигателя. Может быть, именно это придаст брэнду «ВАЗ» узнаваемость, а его моделям динамичность?

Роторные двигатели Ванкеля от Wankel Supertec

Роторные двигатели Wankel Supertec обладают рядом уникальных преимуществ:

Благодаря модульной конструкции наши двигатели могут охватывать широкий диапазон мощностей до 200 кВт. Кроме того, эта конструктивная особенность обеспечивает высокий уровень стандартизации роторных двигателей WST, что приводит к низким затратам на производство и обслуживание.

Еще одна отличительная черта двигателей WST связана с их многотопливной способностью.Ряд уникальных инженерных решений по оптимизации камеры сгорания, впрыска топлива и блока управления двигателем позволяет нашим роторным двигателям работать на дизельном топливе, реактивном топливе, бензине и водороде без каких-либо значительных изменений в базовом двигателе.

Современные методы производства и применение новых материалов помогли нашим инженерам решить проблему уплотнения, характерную для всех двигателей Ванкеля. Оптимизация сочетания материалов между уплотнительными частями и поверхностями скольжения значительно повысила долговечность и надежность роторных двигателей WST.

Основываясь на концепции сверхлегкого и компактного двигателя, работающего на дизельном и авиационном топливе, мы разработали KKM350. Наш самый маленький роторный двигатель весит всего 28 кг, что может сравниться только с двухтактным двигателем.

  • Размер от одного до трех роторов
  • Диапазон мощности: от 5 до 90 кВт
  • Высокая удельная мощность
  • Простое обслуживание
  • Низкая стоимость производства благодаря модульной конструкции
  • Малый роторный двигатель
  • Работает на дизельном топливе, керосине, бензине и газах
Лист данных KKM350:

Наш KKM500 также может сжигать различные виды топлива, жидкие и газообразные.При соотношении полезной мощности к весу от 1 кВт / кг для однороторного двигателя до 1,7 кВт / кг для четырехроторного роторного двигателя.

  • Размер от одного до четырех роторов
  • Диапазон мощности: от 22 до 200 кВт
  • Высокая удельная мощность
  • Простое обслуживание
  • Низкая стоимость производства благодаря модульной конструкции
  • Очень компактная конструкция двигателя
  • Работает на дизельном топливе, керосине, бензине и газах

20 сентября 2019 года наша команда провела первое успешное испытание роторного двигателя WST с приводом от водорода.Эта технология сочетает в себе преимущества роторных двигателей с огромным потенциалом водорода как чистого и обильного топлива будущего.

  • Без выбросов
  • Может работать на недорогом водороде низкой чистоты
  • Простота ремонта и экологическая переработка
  • Низкий уровень вибрации
  • Высокая прочность
  • Модульная конструкция для широкого диапазона мощностей

В сотрудничестве со своими партнерами компания Wankel Supertec разработала уникальный модуль управления двигателем для обеспечения оптимальных характеристик двигателя. Этот компактный электронный блок управления позволяет точно регулировать роторный двигатель за счет интеграции всех необходимых подсистем. Для этого он считывает значения с нескольких датчиков в моторном отсеке, интерпретирует данные и регулирует приводы двигателя.

Возможность двустороннего обмена данными между двигателем и всей системой гарантирует точную и гибкую настройку двигателя Ванкеля для конкретного применения.

  • Адаптировано к конкретному применению
  • Обеспечивает двусторонний обмен данными
  • Обеспечивает точное управление роторным двигателем
  • Компактный

Возможность работать на нескольких видах топлива представляет собой одно из основных конкурентных преимуществ роторных двигателей WST Wankel.

Чтобы это стало возможным, нашей команде пришлось преодолеть несколько серьезных проблем. Один из них касался разработки уникального насоса высокого давления, способного эффективно работать с несколькими видами жидкого топлива.

Нашим инженерам удалось решить этот сложный технический вопрос, разработав компактный и легкий топливный насос, смазываемый моторным маслом.

  • Максимальное давление подачи до 1600 бар
  • Смазано моторным маслом
  • Compact: установка на коленчатый вал
  • Легкий вес: всего 200 г! Намного легче обычных топливных насосов 4 кг

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Ну, вначале первый инженерный подход заключался в создании двигателя, отличающегося от архитектуры поршневого двигателя внутреннего сгорания.И первым, кто построил и запатентовал такой двигатель, был Felix Millet в 1888 году. Милле создал 5-цилиндровый роторный двигатель, встроенный в спицы заднего колеса велосипеда. Его конструкция силового агрегата была позже запущена в производство компанией Darracq в 1900 году.

Ранние типы роторных двигателей имели нечетное количество цилиндров, смещенных по радиусу (обычно 7 или 9 цилиндров, поскольку эта нечетная конфигурация приводила к более плавной работе благодаря поршню). последовательность стрельбы). Начиная с этой конструкции, сначала двигатель имел неподвижный блок цилиндров, который непосредственно вращал коленчатый вал, расположенный в центре, и назывался радиальным двигателем.Теперь с винтом, прикрепленным к вращающемуся коленчатому валу, радиальный двигатель получил широкое применение в авиастроении.

Однако конструкция этого радиального двигателя вызывает проблемы с охлаждением, особенно при работе в неподвижном состоянии, поскольку блок цилиндров не получает достаточного воздушного потока. Решение этой проблемы с охлаждением пришло в виде реверсирования роли вращающейся части из ансамбля, то есть теперь коленчатый вал был прикреплен болтами к шасси, а пропеллер вращался вместе со всем блоком цилиндров. Так родился роторный двигатель . Положительным моментом было то, что охлаждение двигателя было улучшено, но недостатком было то, что самолет стал нестабильным и им было труднее управлять.

К началу 1920-х роторные двигатели (которые находили применение в основном в авиастроении) устарели, и интерес к дальнейшим разработкам двигателей этого типа резко упал. Но для роторного двигателя не все было потеряно, поскольку немецкий инженер Феликс Ванкель изобрел вращающуюся конструкцию в 1957 году, в которой использовался ротор треугольной формы, вращающийся внутри овального корпуса.Поскольку в конструкции не используются поршни, как в поршневом двигателе, роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля считается разновидностью роторного двигателя без поршня. Исследования роторных двигателей действительно начались в 1960-х годах, но только японскому автомобилестроителю Mazda удалось успешно модифицировать его и интегрировать в фирменный стиль бренда, став единственным производителем автомобилей, способным выйти на массовое производство. Итак, как это работает

Роторный двигатель Ванкеля - это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется тот же принцип преобразования давления во вращательное движение, но без вибраций и механических нагрузок при высоких скоростях вращения поршневого двигателя.Доктор Феликс Ванкель и его коллеги получили конструкцию корпуса двигателя, выполнив следующие шаги: сначала они закрепили внешнее зубчатое колесо на белом листе и сцепили его с более крупным внутренним зубчатым колесом; с соотношением между двумя передачами 2: 3. Затем они прикрепили руку с ручкой к внешней стороне большей шестерни с внутренними зубьями. При повороте шестерни с внутренним зубцом на малой шестерне ручка образовывала трохоидную кривую в форме кокона.

Двигатель Ванкеля работает в том же 4-тактном цикле, что и поршневой двигатель с возвратно-поступательным движением, с центральным ротором, последовательно выполняющим четыре процесса впуска, сжатия, зажигания (сгорания) и выпуска внутри трохоидной камеры. Таким образом, хотя оба типа двигателей полагаются на давление расширения, создаваемое сгоранием топливно-воздушной смеси, разница между ними проистекает из того, как они используют его для преобразования

в механическую силу. В роторном двигателе внутреннего сгорания это давление расширения прилагается к боковой поверхности ротора. Из-за треугольной формы ротора внутреннее пространство корпуса всегда будет разделено на три рабочие камеры. Это принципиально отличается от поршневого двигателя, где в каждом цилиндре происходят четыре процесса.Первоначальная конструкция

Ванкеля имела внешнее зубчатое колесо с 20 зубьями, в то время как более крупное внутреннее зубчатое колесо имело 30 зубцов. Из-за этого передаточного числа частота вращения между ротором и валом определяется как 1: 3 . Это означает, что в то время как меньшая шестерня совершает один оборот, большая шестерня с внутренними зубьями вращается три раза. Поскольку эксцентриковый вал , который аналогичен коленчатому валу в поршневом двигателе, соединен с меньшей зубчатой ​​передачей, это означает, что с двигателем, работающим на 3000 об / мин, ротор будет вращаться только на 1000 об / мин. Это не только означает, что роторный двигатель внутреннего сгорания работает более плавно, но также позволяет достичь более высокой красной черты.

Рабочий объем роторного двигателя обычно выражается единичным объемом камеры и количеством роторов (например, 654 см3 x 2). Единичный объем камеры представляет собой разницу между максимальным объемом и минимальным объемом рабочей камеры, в то время как степень сжатия определяется как соотношение между максимальным объемом и минимальным объемом.

Мы рекомендуем вам внимательнее изучить схемы и 3D-анимационное видео Мэтта Риттмана в конце руководства, чтобы лучше визуализировать и понять режим работы двигателя Ванкеля. Плюсы и минусы двигателя Ванкеля
Первое, что в пользу двигателя Ванкеля - его малый размер и легкая конструкция . Это может оказаться решающим при разработке легкого автомобиля с высокой выходной мощностью и небольшим объемом двигателя. Это также обеспечивает улучшенную конструкцию защиты от столкновений, больше рабочего пространства для аэродинамики или отсеков для хранения вещей и лучшее распределение веса .

Второй благоприятной чертой роторного двигателя внутреннего сгорания является его плоская кривая крутящего момента во всем диапазоне скоростей. Результаты исследований показали, что при использовании конфигурации с двумя роторами колебания крутящего момента во время работы были на одном уровне с рядным 6-цилиндровым поршневым двигателем, в то время как трехроторная схема оказалась более плавной, чем поршневой двигатель V8.

Другими преимуществами роторного двигателя внутреннего сгорания являются простая конструкция, надежность и долговечность .Из-за отсутствия поршней, штоков, механизма приведения в действие клапана, ремня газораспределительного механизма и коромысла двигатель легче построить и требует гораздо меньшего количества деталей. Кроме того, из-за отсутствия этих компонентов двигатель Ванкеля более надежен и долговечен при работе с высокими нагрузками. И помните, когда роторный двигатель работает со скоростью 8000 об / мин, ротор (который составляет большую часть всей совокупности) вращается только на одну треть этой скорости. Недостатки
двигателя Ванкеля включают несовершенное уплотнение по концам камеры, которое учитывается на утечку между соседними камерами, и несгоревшую топливную смесь.Роторный двигатель внутреннего сгорания также на имеет продолжительность хода на 50% больше по сравнению с поршневым двигателем. Работа двигателя также допускает увеличение количества окиси углерода и несгоревших углеводородов в выхлопном потоке, что делает его очевидным изгоем среди любителей деревьев.

Самым большим недостатком, однако, является его значительный расход топлива . Сравнительные тесты показали, что Mazda RX8 потребляет больше топлива, чем более тяжелый двигатель V8 с рабочим объемом двигателя более чем в четыре раза, но с сопоставимыми характеристиками.Еще одним недостатком является то, что небольшое количество масла попадает в рабочую камеру, и в результате владельцы должны периодически добавлять масло, что увеличивает эксплуатационные расходы. Вклад Mazda в двигатель Ванкеля

Mazda представила первый в мире автомобиль с двухроторным роторным двигателем в мае 1967 года - модель Cosmo Sport / Mazda 110S . Он был оснащен двигателем Ванкеля объемом 491 куб.см, который развивал 110 л.с. при 7000 об / мин. В 1970 году Mazda представила первую автоматическую трансмиссию с двигателем Ванкеля, а три года спустя - первый в мире пикап с роторным двигателем.

После внедрения шестиступенчатой ​​впускной системы для большей экономии топлива и мощности Mazda продолжила разработку роторного двигателя внутреннего сгорания для достижения низких выбросов. Индукционная система с шестью портами имела по три впускных отверстия на камеру ротора и могла достичь улучшенного расхода топлива за счет трехступенчатого управления. Еще одним примечательным событием стало внедрение двухступенчатого монолитного катализатора .

Следующая эра в развитии двигателей Ванкеля Mazda ознаменовалась введением турбонагнетателей.В 1982 году Cosmo RE Turbo поступил в продажу как первый в мире автомобиль с роторным двигателем, оснащенный турбонагнетателем. Основываясь на этом достижении, Mazda позже применила турбонаддув с двойной прокруткой, чтобы минимизировать турбо-лаг двигателя.

Однако ключевым нововведением Mazda стала презентация двигателя RENESIS, что означает ГЕНЕЗИС RE (роторный двигатель). RENESIS - это двигатель объемом 654 куб. См x 2, который развивает мощность 250 л.с. при 8500 об / мин и 216 Нм крутящего момента при 5500 об / мин. Помимо плавной работы двигателя и четкого отклика, двигатель RENESIS значительно улучшает топливную экономичность и уровень выбросов выхлопных газов.RENESIS от Mazda получил награды «Международный двигатель года» и «Лучший новый двигатель» в 2003 году. Вдохновленная международным успехом RENESIS, Mazda представила новый двигатель Ванкеля, способный работать как на водороде, так и на бензине. Однако этот водородный двигатель RE не смог вызвать такой же интерес, как бензиновый, возможно, из-за отсутствия водородной инфраструктуры в то время. В мае 2007 года японский производитель автомобилей Mazda отпраздновал 40 лет разработок двигателя Ванкеля.

Роторный двигатель внутреннего сгорания RENESIS следующего поколения уже находится в стадии разработки и появился в концептуальном автомобиле Mazda Taiki. Двигатель следующего поколения обещает больший рабочий объем 1600 куб. См (800 куб. См x 2), что, как ожидается, увеличит крутящий момент на всех оборотах двигателя и увеличит тепловую эффективность. Но, несмотря на прогресс, достигнутый с точки зрения выбросов выхлопных газов, выходной мощности и уплотнения рабочей камеры, двигатель Ванкеля по-прежнему будет бороться с расходом масла и топлива из-за его особой конструкции функционирования.

Роторный двигатель Ванкеля Страница 2

ФЕЛИКС Ванкель

Ванкель родился в 1903 году в городе Лар ​​в Шварцвальде в Германии.

Он был работал в отделе продаж научного издательства в г. Гейдельбург с 1921 по 1926 год.

В В 1924 году он открыл мастерскую в Гейдельбурге, где изготовил свои первые модели. роторно-поршневого двигателя.Понимая, что основная проблема с такими конструкциями была газонепроницаемость, он потратил немало времени пытаясь решить это. К 1927 году проблемы были в основном решено.

Во время Второй мировой войны, он работал в немецком Luftfahrtministerium (Air Министерство).

В 1951 г. Ванкель и НГУ подписали договор о партнерстве по развитию роторно-поршневой двигатель.

Вкл. 13 апреля 1954 года NSU построил первый роторный двигатель Ванкеля - Vier. Takte in einer Maschine, das sind vier Erfindungen in einer einzigen (Четыре цикла в одном двигателе - это не менее четырех изобретений в один).

В 1956 г., мотоцикл-прототип NSU выиграл все испытания в своей категории. и побил несколько мировых рекордов на Большом Соленом озере в США - его двигатель питался от нагнетателя Ванкеля.

В 1958 г. НГУ приступило к испытаниям двигателя Ванкеля.

В 1960 г. двигатель Ванкеля впервые публично обсуждался на съезде Немецкая ассоциация инженеров.

В 1963 г. NSU представила Spider с приводом от Ванкеля на Франкфуртском автосалоне.

В 1964 г. в Женеве была создана компания COMOBIL - совместное предприятие НГУ. и Citron - для разработки автомобиля с роторным двигателем.

В 1967, компания COMOTOR, создано еще одно совместное предприятие NSU / Citron. в Люксембурге с целью производства и продажи Ванкеля двигатель. На автосалоне во Франкфурте NSU представила Ro80, который поступил в продажу в 1968 году.

В 1969 г. КОМОТОР приобрел 850 000 кв.м. 3 земли в Сааре для строительства завод, на котором будет производиться двигатель Ванкеля.

В В 1970 году Citron выпустил прототип M35.

Двигатель
Однороторный Ванкель
993 см 3 рабочий объем
6 CV фискальный рейтинг
9: 1 степень сжатия
49 л.с. @ 5 500 об / мин
7 мкг (50,6 фунт-фут) крутящий момент при 2745 об / мин
с водяным охлаждением

Подвеска
Гидропневматическая самостоятельная выравнивание на все четыре колеса

Тормоза
Передние диски, задние барабаны

Кузов
Доработанный Ами 8 двухдверный переворот
Колесная база 2,4м,
Колея передняя 1,26м
Колея задняя 1,22 м
Длина 4,05 м
Ширина 1,554 м
Высота 1,35 м
Вес 815 кг

Производительность
Макс скорость 144 км / ч
0–100 км / ч 19 секунд
9,68 л / 100км

Между В 1971 и 1972 годах 267 M35 были предоставлены избранным клиентам в рамках контроль Citron, который обслуживал автомобили.30 000 км были покрыты этими мобильными испытательными стендами, и собранная информация позволили улучшить конструкцию - особенно в отношении газа герметизация, облицовка и охлаждение стенки трохоиды.

В параллельно был разработан новый двухроторный двигатель на базе агрегата М35. а в 1972 г. были поставлены первые такие двигатели с завода COMOTOR. завод в Альтфорвайлере в Сааре.

Как Двигатель COMOTOR работает
Двигатель работает по четырехтактному принципу, а именно:
ступень 1.В смесь воздуха и бензина поступает через впускной канал.
Этап 2. ротор затем закрывает этот порт и сжимает смесь.
Этап 3 Топливная смесь воспламеняется от свечей зажигания в точке максимальное сжатие. Горящая смесь расширяется, заставляя ротор вращаются, тем самым обеспечивая движущую силу.
Этап 4 Ротор очищает выхлопное отверстие, позволяя откачивать выхлопные газы.

роторный поршень, также известный как ротор, имеет форму равностороннего треугольник с изогнутой стороной и движется внутри статора или трохоиды в движение, известное как эпитрохоид, которое позволяет изменять объем внутри "камера сгорания".Зубчатая передача между ротором и выходом вал такой, что при частоте вращения ротора 1000 об / мин выходной вал вращается при 3000 об / мин.

Двигатель COMOTOR 624 был установлен на недолговечный GZ Birotor
. роторов 2
Рабочий объем 1990 см 3
11 CV фискальный рейтинг
9: 1 степень сжатия
107 л.с. @ 6 500 об / мин
14 мкг (101,3 фунт-фут) при 3000 об / мин

Aircraft Wankel Power Rotary Engines

WANKEL POWER

Замечательные новости для строителей! Двигатель вашей мечты находится на чертежной доске и находится на стадии тестирования.Читайте дальше, чтобы узнать больше о применении и экспериментах с роторными двигателями в самолетах.

Катастрофа! Разбитый двигатель! Помимо катастрофы, которая полностью уничтожает ваш самолет, сломанный двигатель - это самое худшее, что может случиться с владельцем самолета.

Неиспользуемые двигатели могут быть вызваны несколькими причинами, наиболее частыми из которых являются: внутренний структурный отказ; непрохождение ежегодных или 100-часовых проверок, или, в случае коммерческого использования, прибытие в установленный FAA обязательный предел времени между капитальными ремонтами (TBO) - но как насчет роторных двигателей.

В современных авиационных условиях ваш самолет можно вернуть в летное состояние только путем замены неисправного двигателя на новую или отремонтированную силовую установку того же типа или на двигатель другого типа или размера, одобренный для вашего самолета.

Но подождите минутку! Перед тем как выбрать один из вышеперечисленных вариантов, потратьте минуту или две, мечтая о том, какую силовую установку вы бы действительно хотели для своего самолета, если бы у вас был неограниченный выбор. Все мы знаем, какие двигатели представлены на рынке, и каковы их преимущества и недостатки.

Любой пилот или владелец самолета может подумать о многочисленных улучшениях, которые могут быть - и должны быть - внесены в существующие двигатели. Если бы у нас была возможность и возможность, мы бы уменьшили их размер, вес и расход топлива.

Мы также сделали их более гладкими, тихими, легкими и уменьшили их лобные области. Первоочередной задачей было бы значительное повышение долговечности, снижение начальной стоимости и возможность работы на самом дешевом и экономичном топливе.

А разве это не мечта владельцев самолетов пускать слюни?

Вы говорите, что невозможно? Да, купить такой двигатель сегодня невозможно; однако двигатели, отвечающие всем нашим пожеланиям, находятся на чертежной доске и на испытательных стендах в продвинутых стадиях зрелости.Чтобы подогреть ваш аппетит, здесь будут представлены два сравнения с сегодняшними горизонтально расположенными двигателями с воздушным охлаждением.

Современные двигатели имеют средний вес около двух фунтов на лошадиную силу; новый двигатель примерно один фунт на лошадиную силу. При крейсерской скорости 150 л.с. современные двигатели расходуют около 12,5 галлонов в час; новый двигатель около 9 галлонов в час.

Прямо сейчас, я уверен, у вас есть вопросы: Что это? и где это?

Первый роторный двигатель внутреннего сгорания, разработанный специально для использования в самолетах: двухроторный двигатель воздушного охлаждения RC 2-90 компании Curtiss-Wright мощностью 300 л.с.

Новый чудо-двигатель является последней версией авиационного двигателя роторного сгорания типа Ванкеля. Исследовательские модели усовершенствованных роторных двигателей внутреннего сгорания сейчас работают в испытательных камерах Curtiss-Wright.

У двигателя Ванкеля в этой стране довольно скромная история. До 1973 года все крупные автомобильные компании США участвовали в испытаниях роторных двигателей Ванкеля, чтобы определить их будущую применимость в качестве автомобильных силовых установок.

Однако тяжелый бензиновый кризис 1973 года застал Ванкеля с плохой репутацией в плане экономии топлива; примерно в то же время стали появляться проблемы с долговечностью.Последним ударом стало объявление General Motor о прекращении дальнейшей разработки Wankel.

Это пренебрежение General Motors создало у широкой публики впечатление, что роторные двигатели внутреннего сгорания - безнадежные неудачи и всесторонние неудачники. В результате роторные двигатели внутреннего сгорания исчезли из автомобильной промышленности США и были забыты.

Нет, не совсем забыли. Curtiss-Wright владел лицензией NSU (Volkswagen) на разработку и продажу роторных двигателей внутреннего сгорания в Соединенных Штатах, и они по-прежнему верили в успех этого двигателя в будущем.Другой лицензиат Ванкеля, Mazda в Японии, также имел достаточно веры, чтобы разработать и произвести чрезвычайно успешный автомобильный роторный двигатель внутреннего сгорания.

Фактически, еще в 1977 году Mazda продала свой миллионный автомобиль с двигателем R / C. На сегодняшний день продано еще несколько миллионов роторных двигателей, и Mazda продолжает продавать спортивное купе RX-7 чрезвычайно восторженным покупателям.

Mazda внесла заметный вклад в мощность, экономичность, долговечность и общественное признание двигателя R / C.Последние роторные двигатели компании, которыми сейчас оснащается самая последняя версия RX-7, представляет собой двухроторный двигатель, который развивает мощность 120 л.с. при 7000 об / мин.

Расход топлива, долговечность и выбросы равны или лучше, чем у автомобильных поршневых бензиновых двигателей аналогичной мощности. В качестве бонуса размер и вес намного меньше, чем у аналогичного обычного двигателя.

Поскольку все обсуждения Ванкеля до сих пор вращались вокруг автомобильного и промышленного использования, было бы легко создать впечатление, что двигатели Ванкеля никогда не разрабатывались для использования в самолетах и ​​не использовались для питания самолетов в полете.В ходе его исследования. Curtiss-Wright установила роторные двигатели внутреннего сгорания на нескольких самолетах, в том числе на одном вертолете.

Первым роторным двигателем

Curtiss-Wright, специально предназначенным для использования в самолетах, был RC 2-90. двухрядный двухроторный с указателем 90 куб. дюйм. для каждого ротора, составляющего 180 куб. дюймов. Двигатель (рассчитанный на работу на дизельном или реактивном топливе) Двигатель выдавал 310 л.с. при общем весе 300 фунтов и помещался в двухфутовый куб.

RC 2-90 был разработан для установки в беспилотный вертолет, но когда военный проект был заброшен, разработка двигателя также была прекращена.Между прочим, охлаждение осуществлялось принудительным потоком воздуха через тщательно спроектированные и расположенные ребра охлаждения.

Осевой нагнетатель, входящий в комплект поставки, обеспечивал нагнетание воздуха. Эти роторные двигатели объединили в себе все достижения исследований в области воздушного охлаждения и доказали возможность роторных двигателей с воздушным охлаждением в меньших размерах.

Единственный роторный двигатель, который фактически приводил в действие летающий самолет, - это RC 2-60 U5. Это 120 куб. Дюймов. автомобильный двигатель водяного охлаждения с авиационным карбюратором и другие незначительные модификации.

Ультра тихий планер Lockheed «Q» Star был построен на базе планера Switzer 2-32, модифицированного с обычным шасси. Подвеска двигателя RC 2-60 и алюминиевый радиатор Corvette на носу. Поскольку это был сверхтихий эксперимент, выхлоп двигателя был сильно заглушен, чтобы практически исключить шум двигателя.

Чтобы снизить шум гребного винта, ременной редуктор 5,34: 1 снизил нормальные 6000 об / мин двигателя до 500 об / мин на гребном винте. Этот эксперимент был полностью успешным как в достижении искомых тихих уровней полета, так и в плавной и надежной работе роторного двигателя

.

.

Для дальнейшего исследования работы роторных двигателей в самолетах, на планер Cessna Cardinal был установлен громоздкий двигатель с ременным приводом, в котором использовались крайняя передача винта и маловращающийся винт.

Позже RC 2-60 с установленными внутри редукторами позволил использовать обычный гребной винт Cardinal, вращающийся с обычной скоростью. Оба теста были признаны полностью успешными.

Тяжелая система ременного редуктора, создающая сопротивление, и автомобильная природа двигателя не позволили полностью использовать все преимущества естественного роторного двигателя по размеру и весу; тем не менее, испытания были настолько многообещающими, что вызвали большой энтузиазм.

В испытаниях вертолета участвовал Hughes H-55, который также был оснащен RC 2-60 и прошел с отличными оценками. Все знания, полученные в ходе летных испытаний и исследований роторных двигателей, адаптированных для использования в самолетах, были объединены в прототипе авиационного двигателя. РК 2-75 У1.

Этот двигатель, изначально разрабатывавшийся как силовая установка самолета, имел жидкостное охлаждение и выдавал 285 л.с. при сухом весе 280 фунтов и размерах 21,5 x 23 дюйма.7 дюймов x 31,4 дюйма. Готовый к полету, с полной системой охлаждения и охлаждающей жидкостью, вес составлял 358 фунтов.

Использовался авиационный карбюратор и другие аксессуары авиационного класса, а стандартный винтовой привод с внутренним цилиндрическим редуктором 0,356: 1 позволял использовать винты серийного типа, вращающиеся на нормальных оборотах в минуту. Редукционный привод и общая конфигурация двигателя были рассмотрены Piper, Beech, Cessna, FAA и поставщиками аксессуаров.

Этот двигатель наработал более 1500 часов на испытаниях, в том числе более 100 часов при полностью открытой дроссельной заслонке и продолжительной работе при 7000 об / мин.Скорее всего, этот двигатель может пройти 150-часовой квалификационный тест на полностью открытую дроссельную заслонку для сертификации на данном этапе, что до сих пор не проводилось.

В ходе экспериментов с прототипами роторных двигателей внутреннего сгорания. Кертисс-Райт обнаружил несколько фундаментальных фактов, хотя двигатель типа Ванкеля все еще находится на начальной стадии своего цикла разработки.

Одно из самых фундаментальных открытий состоит в том, что самый маленький и легкий двигатель для данной выходной мощности всегда будет с наибольшим количеством вращающихся силовых агрегатов, хотя самый маленький и легкий никогда не будет самым эффективным.

Например, двухроторный двигатель мощностью 275 л.с. будет меньше и легче, чем один двигатель с большим ротором мощностью 275 л.с. Однороторный агрегат будет больше, тяжелее, дешевле и немного более экономичен.

Экономические преимущества, а также существующая технология впрыска топлива благоприятствуют конструкции с большим одинарным ротором, хотя двухроторный двигатель имеет некоторые недостатки в стоимости за счет преимуществ в размере и весе. На роторных двигателях RC 2-75 Y1 было сохранено жидкостное охлаждение из соображений экономии топлива и роста.

Двигатели с жидкостным охлаждением могут эксплуатироваться в полете при тех же показателях расхода топлива, которые достигнуты на испытательном стенде. Двигатели с воздушным охлаждением обычно требуют более богатой смеси, чтобы поддерживать температуру головки до приемлемого уровня во время взлета и набора высоты, а также во время работы в экстремально теплую погоду.

Другой фактор касается использования роторного двигателя с высокой мощностью - другими словами, его способность производить высокую мощность от небольшого легкого двигателя. Высокая удельная мощность делает воздушное охлаждение трудным и дорогим.На некотором уровне мощности двигатель вращающегося сгорания с воздушным охлаждением будет иметь ограниченное охлаждение.

В ответ на положительные результаты роторных исследований Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) объявило о пятилетней программе исследований двигателей стоимостью от 15 до 20 миллионов долларов для изучения обычных, турбинных, дизельных двигателей и двигателей с вращающимся внутренним сгоранием с целью их широкого применения. улучшения в прочности, мощности и экономичности.

Curtiss-Wright участвует в финансировании разработки усовершенствованного роторного двигателя внутреннего сгорания на основе прототипа двигателя RC 2-75.Одним из требований НАСА является способность каждого двигателя развивать крейсерскую мощность 250 л.с. на высоте 25 000 футов. Чтобы удовлетворить это требование, изначально изучалась двухроторная конфигурация RC 2-75 с добавлением турбонаддува к базовому двигателю.

Были определены шесть целей программы НАСА:

  1. Эффективность и производительность двигателя улучшились с целевым показателем расхода топлива 0,38 фунта на мощность в час. (Текущие двигатели в основном находятся в.5 фунтов / л.с. / час. диапазон.)

  2. Эффективная работа на авиационном топливе 100/130 и одном или нескольких альтернативных топливах - реактивном. дизель. неэтилированный автомобильный газ или низкий дистиллят.

  3. Низкие выбросы выхлопных газов.

  4. Затраты на производство сопоставимы или меньше существующих авиационных двигателей.

  5. Общие затраты на жизненный цикл и техническое обслуживание ниже, чем у современных авиационных двигателей.

  6. Высота соответствует современным двигателям.

На испытательных стендах отработали два двигателя: RC 2-75 и RC 1-75; оба работали без наддува с расслоенным впрыском топлива.

Для этого типа впрыска топлива необходимы две форсунки - пилотная и основная. Пилотное сопло необходимо для инициирования горения и для работы на малой мощности; основное сопло дополняет пилотное сопло по мощности.

Пилотное сопло впрыскивает идеальную топливную смесь вблизи свечи зажигания, которая легко воспламеняется от искры.Начинается фронт пламени, который загорается от очень бедной смеси, впрыскиваемой основным соплом, которая слишком бедна для воспламенения искрой, но может воспламениться пламенем.

В двигателях с турбонаддувом можно использовать обедненные смеси, состоящие из 28 частей воздуха и одной части топлива. Идеальная смесь (стехиометрическая смесь), впрыскиваемая пилотным соплом и обычно подаваемая карбюратором, составляет примерно 16 частей воздуха на одну часть топлива.

Это пилотное сопло, метод послойной загрузки основного сопла позволяет двигателю работать на широком диапазоне видов топлива и обеспечивает превосходную экономию топлива за счет чрезвычайно бедной смеси основного сопла.

Роторные двигатели

со стратифицированным зарядом показали практически одинаковые характеристики сгорания бензина, реактивного топлива JP4 и JP5, дизельного топлива и метилового спирта без изменений в двигателе.

Существующие на испытательном стенде двигатели теперь работают со степенью сжатия 8,5: 1, однако двигатели, построенные по контракту НАСА, вероятно, будут иметь повышенную степень сжатия в диапазоне от 9,5 или от 10 до 1.

Двигатель с прямым впрыском и стратифицированным наддувом обеспечивает большое преимущество более безопасного дизельного или авиационного топлива.Этот двигатель будет работать без дросселирования. то есть. никакой дроссельный клапан не будет ограничивать поток воздуха через карбюратор для регулирования мощности двигателя, как на обычных двигателях.

В режиме без дроссельной заслонки воздух нагнетается в двигатель без ограничений. Мощность вырабатывается прямо пропорционально количеству топлива, впрыскиваемого в цилиндры. Количество впрыскиваемого топлива регулируется дроссельной заслонкой.

Cessna Cardinal с роторным двигателем внутреннего сгорания Ванкеля, модифицированным и оснащенным разработанной зубчатой ​​системой винтового редуктора.Пропеллер был приспособлен для вращения с нормальной частотой вращения (около 2400), и был использован винт Cardinal нормального размера. Обратите внимание на обычный внешний вид самолета. Также обратите внимание на радиатор охлаждения в нижней части кожуха.

Двигатели со стратифицированным наддувом, прямым впрыском и без дроссельной заслонки продемонстрировали экономию топлива, равную или лучше, чем у автомобильных дизелей, и ожидается дальнейшее улучшение характеристик как нижнего, так и верхнего уровня. Достигнуты уровни выбросов углеводородов, эквивалентные современным автомобильным двигателям.

Благодаря легкому весу и малым размерам роторного двигателя внутреннего сгорания, даже с водяным охлаждением, бензиновый двигатель может быть превзойден по характеристикам с большей экономией, чем дизельное топливо. И без того легкий вес двигателя будет увеличен за счет меньшего запаса топлива для любой конкретной миссии.

Исследование Cessna по интеграции усовершенствованного роторного двигателя внутреннего сгорания в планер, разработанное специально для него, доказало, что, за исключением самых коротких полетов, комбинация роторно-усовершенствованного планера плюс вес топлива позволили получить меньший, более легкий, дешевый и экономичный -управляемый самолет, чем любая другая изученная комбинация.

Меньший вес двигателя и меньшее количество топлива, требуемого на миссию, позволяет уменьшить крыло и хвостовое оперение, что приводит к более легкой и дешевой базовой конструкции. Кроме того, удаленное расположение относительно небольших охладителей обеспечивает преимущества упаковки и рекуперацию тяги на выходе воздуха из теплообменника.

В настоящее время наиболее вероятной конфигурацией перспективного авиационного роторного двигателя будет двухроторная установка объемом 47 куб. Дюймов. на ротор (RC 2-47), с турбонаддувом, стратифицированным зарядом, прямым впрыском и без дросселирования.

Расчетная мощность высокотехнологичного роторного двигателя Curtiss-Wright RC 2-32 мощностью 300 л.с. Особенно обратите внимание на чрезвычайно низкий удельный расход топлива на тормоз (BSFC) около 0,350 при крейсерской мощности 55%. Существующие двигатели с горизонтально расположенными поршнями работают с давлением от 0,450 до 0,500 BSFC. Это означает снижение расхода топлива на 23–34%. И помните, двигатель будет работать на самом дешевом моторном топливе - на дистилляте.

Двигатель RC 2-75, который годами эксплуатируется на испытательных стендах, постоянно улучшает мощность и эффективность.В начале разработки двигателя для удовлетворения требований контракта НАСА в 300 л.с. для взлета и 250 крейсерских л.с. на высоте 25 000 футов требовался двигатель RC 2-75 с турбонаддувом.

Основываясь на нынешних и ожидаемых в ближайшем будущем технологических и исследовательских усовершенствованиях, потребности НАСА в мощности могут быть удовлетворены с помощью меньшего, более легкого, турбированного двигателя RC 2-47. Двигатель RC 2-47 известен как усовершенствованный роторный двигатель.

Более отдаленное будущее обещает постоянное совершенствование технологии Ванкеля, что приведет к способности удовлетворить потребности НАСА в мощности с помощью еще более компактного и легкого двигателя RC 2-32.Все эти двигатели будут иметь возможность работать с несколькими видами топлива, и почти наверняка среди подходящих видов топлива будет низкосортный дистиллят.

Низкокачественный дистиллят дает наибольшее количество галлонов моторного топлива на баррель сырой нефти. Усовершенствованные роторные двигатели, в отличие от наших современных двигателей для авиации общего назначения, будут оснащаться турбонаддувом с нуля, чтобы сохранить габариты и удельную мощность намного выше, чем у современных двигателей.

НАСА чрезвычайно заинтересовалось технологией турбонаддува двигателя Ванкеля и ожидаемым процентом увеличения мощности.В качестве базового двигателя был выбран двухроторный автомобильный двигатель Mazda RX-7, а также адаптированы два разных турбонагнетателя.

На сегодняшний день оба этих двигателя прошли испытания в испытательных камерах с отличными результатами. По сравнению с безнаддувным двигателем мощностью 118 л.с. при 7000 об / мин с наддувом удалось получить 191 л.с. при 7000 об / мин, что на 61 процент больше.

Контракт НАСА, который распространяется на двигатель мощностью 250 крейсерских л.с., будет слишком мощным, сложным и дорогим для спортивных и самодельных самолетов, однако исследования Кертисса Райта доказывают, что все основные преимущества роторных двигателей будут уменьшаться почти пропорционально уменьшению размера. .Меньший по размеру однороторный двигатель без наддува мощностью от 100 до 125 л.с. - это простой переход от RC 2-47.

НАСА осознает потенциал роторного двигателя для тренировочных и спортивных самолетов, а также для деловой авиации, для которой в первую очередь предназначен RC 2-47 с наддувом и стратифицированным зарядом без дросселирования мощностью 300 л.с. Роторные автомобильные двигатели доказали свою эффективность и надежность в диапазоне 110 л.с. и заслуживают рассмотрения в качестве силовых установок самолетов.

Начиная с двухроторного двигателя Mazda RX-7, НАСА провело множество тестовых конфигураций (как с наддувом, так и без наддува) с обнадеживающими результатами.Диапазон мощности от 100 до 200 л.с. - именно тот диапазон, который наиболее полезен для тренировочных и спортивных самолетов.

График мощности двигателя Mazda RX-7 без наддува и с турбонаддувом. Турбонаддув увеличивает обычную мощность с менее 120 л.с. до более 190 л.с.

Эти роторные двигатели не используют стратифицированный заряд; они используют обычные карбюраторы, а не впрыск топлива без дросселирования. Они не являются ультрасовременным дизайном, тем не менее, они маленькие, легкие, надежные и превосходят горизонтально расположенные четырехцилиндровые двигатели во всех важных отношениях.

Лучше всего то, что они основаны на автомобильном двигателе, уже выпускаемом в достаточно большом количестве, что позволяет снизить стоимость двигателя. Чтобы соответствовать нынешним и будущим нормам шума, потребуется зубчатая передача с большим передаточным числом.

Поскольку роторный двигатель в любом случае требует переключения передач, низкие обороты гребного винта могут быть достигнуты с небольшими дополнительными затратами. Нет сомнений в том, что авиационный двигатель с вращающимся сгоранием вполне соответствует возможностям современной технологии.

Фактически, это наиболее вероятный кандидат на замену устаревшего, горизонтально расположенного поршневого двигателя с воздушным охлаждением в спортивных, учебных, самодельных и бюджетных самолетах бизнес-класса. Он имеет преимущества в размере, весе, простоте, расходе топлива и возможности работы с несколькими видами топлива.

Исследования, чтобы сделать этот тип двигателя доступным для рынка авиации общего назначения, продолжаются, и это срочно необходимо. К сожалению, даже с учетом финансирования разработки НАСА, окончательная дата разработки двигателя - 1986 или 1987 год.


ОБНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РОТАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

На рынке до сих пор нет сертифицированных серийных авиационных двигателей роторного сгорания. Тем не менее, изменения происходят, и прогресс намечается.

Самая интересная из новых разработок - это передача прав, патентов, исследований, запчастей и контрактов от Curtiss-Wright компании John Deere. Держитесь! Я знаю, что вы собираетесь сказать, John Deere - компания, занимающаяся производством сельскохозяйственного оборудования, и авиационные силовые установки, вероятно, являются последним приоритетом в их графике развития.

Не совсем так, по словам представителей John Deere, которые проявляют большой интерес к потенциалу авиадвигателя Ванкеля. Они надеются на сотрудничество с известными производителями двигателей для производства полного двигателя.

John Deere, скорее всего, произведет базовую силовую установку с роторным сгоранием, к которой производители двигателей добавят двойное зажигание, регуляторы воздушного винта, вакуумные насосы, редуктор воздушного винта и другие различные колодки и приводы, необходимые для использования в самолетах.

Базовая комплектация

John Deeres, вероятно, будет двух размеров: RC 1-40 и RC 1-350. Эти агрегаты могут быть увеличены для производства моделей RC 2-80, RC 3-120 и т. Д. Для получения практически неограниченного числа номинальных мощностей от 125 л.с.

Технология роторных двигателей внутреннего сгорания в автомобильной сфере также сделала рывок вперед с новым двигателем Mazda 13B и гоночным двигателем Mazda с турбонаддувом. Те, кто строит свои самолеты, имеют больше шансов установить на них роторный двигатель внутреннего сгорания, чем мы, покупающие наши самолеты в готовом виде у дилера.

НАСА проводит тестовые испытания роторных двигателей внутреннего сгорания Mazda RX-7 на испытательных стендах в различных условиях. Эта версия с турбонаддувом выдает 191 л.с. при 7000 об / мин. Автомобильная трансмиссия используется только как удобное соединение между двигателем и динамометром.

Duncan Aviation Engines из Команча, Оклахома, предлагает роторные силовые установки в диапазоне размеров от однороторных, мощностью 40 л.с., с воздушным охлаждением, до двухроторных, турбированных, редукторных двигателей с жидкостным охлаждением мощностью 350 л.с.

Все эти роторные двигатели отличаются плавными, мощными и легкими характеристиками двигателя Ванкеля, а срок службы до капитального ремонта (TBO) составляет 3000 часов.НАСА активно внедряет испытания роторного двигателя внутреннего сгорания на летательном аппарате. Cessna Super Skymaster (Army O 2-A) был получен излишками от армии.

Передний двигатель был удален и заменен двухроторным двигателем Mazda RX-4 мощностью 210 л.с. с турбонаддувом, с ременным редуктором и винтом с постоянной частотой вращения. Самолет был полностью оснащен приборами для измерения практически любых параметров двигателя, которые стоит измерить.

НАСА находится на пороге значительного усовершенствования знаний о характеристиках роторных двигателей в реальных условиях полета.К сожалению, тестирование проекта Skymaster / RX-4 находится под угрозой из-за перераспределения средств между собственными проектами. Будем все надеяться, что летные испытания роторного двигателя будут продолжены.

Нам это очень нужно.

Сводка

Название изделия

Силовые роторные двигатели Ванкеля для самолетов

Описание

Роторные двигатели существуют намного дольше, чем вы думаете. Здесь мы исследуем первые дни исследований и разработок в поисках совершенного авиационного двигателя, плавного, надежного и мощного.

Автор

М. Дж. Зак

MegaSquirt и роторные двигатели

MegaSquirt и роторные двигатели
Нажмите кнопки меню непосредственно ниже, чтобы быстро найти информацию о MegaSquirt®:
  • Модуль MicroSquirt®
  • V1 / V2 MicroSquirt®
  • Важно
    Безопасность
    Информация
  • MicroSquirt®
    Поддержка
    Forum
    • MShift ™ TCU
      • MShift ™ Введение
      • Руководство по сборке
      • GPIO для 4L60E
        • Базовые схемы
        • GPO1, GPO2, GPO3,
          GPO4 (светодиоды шестерен)
        • VB1, VB2, VB3, VB4
        • ШИМ1, ШИМ2, ШИМ3, ШИМ4
        • GPI1, GPI2, GPI5
          (2 / 4WD, Input2, понижающая передача)
        • GPI3 (температура)
        • GPI4 (Датчик тормоза)
        • EGT1, EGT2, EGT3,
          EGT4 (нагрузка без CAN,
          линейное давление, Input3,
          Input1)
        • VR1 (Датчик скорости автомобиля
          )
        • VR2 (кнопка повышения передачи)
        • Последние штрихи
        • Тестирование платы GPIO
      • Руководство по внешнему подключению для 4L60E
      • Код текущей версии
      • Настройки пользователя
      • Код
      • βeta
      • Архив кода
      • Приобрести комплект GPIO
      • Работа со сменным столом
      • Последовательный порт
        Подключение
        Устранение неисправностей
      • CANbus
        Настройка
      • Решение проблем VSS
      • Порты, контакты, схемы, соединения
      • Обсуждение MShift ™
        Форумы
      • Разное.MShift ™
        Темы
      • MShift ™ карта сайта
    • Код проекта шаблона
    • Введение в плату
    • GPIO
    • MShift ™ / GPIO
      Форум поддержки
  • MegaManual Index - MegaSquirt и роторные двигатели - Проблемы с корпусом дроссельной заслонки
    Зажигание - Настройка параметров в MegaTune 9 RX-7 Датчики температуры воздуха и охлаждающей жидкости - Kurt Staging -

    MegaSquirt ® и роторные двигатели

    Это обзор использования MegaSquirt ® на роторном двигателе Mazda.Он не предназначен для использования в качестве грунтовки для самих роторных двигателей Ванкеля, а предназначен только для использования с ними MegaSquirt ® . Чтобы узнать больше о роторных двигателях Ванкеля, посетите веб-сайт Blake Qualley, отличный Rotary Engine Illustrated .

    Чтобы понять, как роторный двигатель работает с контроллером EFI MegaSquirt ® , нам нужно выяснить, как MegaSquirt ® «видит» роторный двигатель с точки зрения циклов впрыска.

    При повороте кривошипа 720 ° четырехтактный поршневой двигатель (два оборота = 4 хода) поглощает свой номинальный рабочий объем (без учета вопросов объемного КПД и т.п.) воздуха.При тех же 720 ° роторный двигатель удваивает его номинального рабочего объема (что-то вроде двухтактного двигателя).

    Чтобы понять это, вспомним, что роторный двигатель Ванкеля имеет три грани на каждом роторе, равномерно разнесенных под углом 120 °. Роторы вращаются со скоростью 1 / 3 скорости эксцентрикового вала, поэтому мы видим событие зажигания каждые 120 ° × 3 = 360 градусов, а для всех трех поверхностей требуется 3 × 360 ° = 1080 ° вращения эксцентрикового вала.

    ( Обратите внимание, что все эти факторы определяются геометрией корпуса, корпуса и шестерен и одинаковы для всех роторных двигателей Ванкеля.)

    Однако у модели 13B два ротора, и они смещены по фазе на 180 ° друг от друга, что дает событие воспламенения через каждые 180 °, чередуя роторы.

    Градусы кривошипа Поршневой двигатель
    Цилиндр срабатывания
    Ванкель
    Сжигание ротора
    0 ° 1 1 лицевая сторона 1806
  • (
  • ° 3 2
    2 (лицевая сторона 1)
    360 ° 4 1 (лицевая сторона 2)
    540 ° 2 2
    720 ° 1 - назад, с чего мы начали 1 (лицевая сторона 3)
    900 ° 3 2 2 2 3 2
    1080 ° 4 1 (лицевая сторона 1) - назад, с чего мы начали
    Таким образом, для контроллера EFI MegaSquirt ® роторный Mazda 13B выглядит так же, как 4-цилиндровый двигатель, за исключением того, что второй набор свечей смещен на несколько градусов.Каждый ротор имеет 3 камеры и выполняет цикл Отто (впуск-сжатие-мощность-выпуск) при 1080 ° вращения эксцентрикового вала.

    Следовательно, настройка роторного двигателя на 4-тактный цикл, 4-цилиндровый (поскольку он дает 4 тахометра на 720 °) и 2600 куб. См (рабочий объем x 2), работает нормально. Количество впрыскиваний за цикл может потребовать некоторых экспериментов для вашей конкретной установки, как и для любой установки MegaSquirt ® .

    Проблемы с корпусом дроссельной заслонки

    Стандартный корпус дроссельной заслонки Mazda является прогрессивным по своей природе, поэтому впрыск должен быть таким же, если штатное оборудование EFI будет использоваться без изменений.Это требует, чтобы MegaSquirt ® включал первичные заслонки только до тех пор, пока вторичные дроссельные заслонки не открылись должным образом. Это может быть достигнуто с помощью версии кода MegaSquirt ® под названием «Двойная таблица», которая позволяет настраивать два блока инжекторов отдельно.

    Зажигание

    Примечание. Вам может потребоваться добавить резистор 50 кОм к сигналу катушки от системы зажигания OEM, чтобы предотвратить скачки оборотов и т. Д.

    У вас есть несколько вариантов зажигания для роторного двигателя:

    • используйте распределитель от более старого RX-7 до 86-го для управления зажиганием,
    • использовать штатный ЭБУ для управления зажиганием,
    • используют контроллер зажигания, производный от MegaSquirt ® , а нестандартные модули (например, EDIS)
    • используют вторичный контроллер зажигания.

    На базе базового контроллера EFI MegaSquirt ® появилось множество различных решений зажигания, таких как MSnS. Требования к зажиганию роторного двигателя с ведомым зажиганием после ведущего еще не были выполнены с использованием MegaSquirt ® или его производных. Некоторые пользователи используют модифицированную версию MSnEDIS, в которой для синхронизации используется колесо 36-1, установленное на кривошипе, и запускаются четыре отдельные катушки, по одной на штекер. Обычно они настраивают его на включение передних и задних свечей вместе с нулевым разделением, и не заметили никаких сложностей при этом.При запуске ускоренных двигателей в этой конфигурации могут возникнуть проблемы, хотя по этой теме существует много противоречивой информации.

    Майк Роберт провел некоторое время на динамометрическом стенде в прошлом году и смог проверить, что произошло в случае «разлитой» искры акции, только следящего, ведущего и ведомого срабатывания одновременно (без разделения) времени и времени только ведущего.

    Результаты были:

    • Начальная и замыкающая искры в примерно стандартной конфигурации разделения синхронизации дали ~ 164 RWHP @ 8500.
    • Только следящая искра работала очень плохо (как и ожидалось), и мощность была очень низкой, EGT был достаточно высоким, чтобы сделать выхлоп средне-красным; этот запуск был прерван.
    • Одновременное поджигание ведущей и ведомой искры не отличалось от раскола приклада до тех пор, пока не достигло 6500 об / мин или около того; даже тогда разница была почти незначительной.
    • Искра, работающая только с опережением, также дает примерно такую ​​же мощность, но в пределах погрешности.
    Все эти испытания проводились с опережением на 26 градусов макс. На газовом насосе с октановым числом 87.

    Тем не менее, выбросы на холостом ходу и при низкой нагрузке могут быть лучше при работе как с ведущей, так и с задней искрами с разделением синхронизации.

    Установка параметров в MegaTune

    Например, роторный двигатель 13B потребляет вдвое больше номинального рабочего объема каждые два оборота, эффективно действуя на 4-цилиндровый 4-тактный двигатель объемом 2600 куб. См. Если бы у вас были форсунки 460 куб. См / мин, вы бы рассчитали Req_Fuel в MegaTune следующим образом:

    • Рабочий объем: 2600 куб.
    • Размер инжектора: 460 куб. См / мин
    • Количество цилиндров: 4
    • Кол-во форсунок: 2
    • Сквиртов за цикл: 2
    • Переключение форсунок: одновременно
    • Двигатель: 4-тактный
    Конечным результатом является вычисленное значение Req_Fuel, равное 9.4 миллисекунды.

    Вот пример полной поворотной установки:

    • Автомобиль: 1985 Mazda RX-7 GSL-SE
    • Двигатель: Stock 13B, 2 × 720cc / min Форсунки Mazda
    • Текущий MegaSquirt ® Параметры:
      • REQ_FUEL: 8.0
      • INJ Открыть: 1,0
      • ШИМ Ток: 75%
      • Время ШИМ: 2,5
        • 1 сквирт,
        • Одновременный,
        • 4-тактный,
        • 4 цилиндра,
        • MPI,
        • 2 раза,
        • 250 кПа
        • Баро,
        • Даже огонь

    Вот.msq для стокового порта 13B 1986 года с запущенным поэтапным кодом внедрения из Roger Enns :

    И вот настройки, как они отображаются в MegaTune:

    и вот файл megasquirt-I.ini, который использует Роджер:

    Технические характеристики инжектора

    Типичные значения расхода форсунок для роторных двигателей Mazda:

    Двигатель Информация о инжекторе куб. 13B 6-портовый 2x форсунки 720
    4x форсунка 430
    13B Turbo Series 4/5 9038 905 розовый красный, фиолетовый
    13B Турбо, серия 6 Первичный 550
    Вторичный 850
    20B Турбина 5503 550
    Первичный и вторичный

    38

    Если и первичный, и вторичный поток имеют одинаковую скорость, вы можете использовать «Постановку Курта».Вы запускаете первичные и вторичные обмотки в альтернативном режиме с максимальным временем впрыска, равным 2 периодам впуска. При высоких оборотах и ​​WOT периоды впрыска будут перекрываться, давая тот же эффект, что и ступенчатое. (Первичные части параллельно на одном блоке форсунок, вторичные - на другом.)

    Mazda RX-7 Датчики температуры воздуха и охлаждающей жидкости

    Стандартные датчики Mazda можно использовать, обновив прошивку с помощью новых таблиц поиска с помощью EasyTherm и заменив один резистор смещения на плате MegaSquirt ® .

    Датчик температуры охлаждающей жидкости близок по характеристикам к блоку GM, поэтому менять резистор смещения не требуется. С другой стороны, термистор температуры воздуха ОЧЕНЬ отличается от датчика GM, который требует замены резистора смещения. Это резистор R4 на печатной плате MegaSquirt ® , по умолчанию он равен 2,49 кОм. Для датчика Mazda используйте резистор 47 кОм , хотя подойдет любой резистор в диапазоне от 30 кОм до 50 кОм.

    Используйте EasyTherm или аналог для создания и загрузки новых таблиц термисторов.

    Технические характеристики из заводского руководства по обслуживанию (84-85 GSL-SE, 86-88 все модели, вероятно, 89+) следующие:

    Температура охлаждающей жидкости:

    • -20 ° C = 16200 Ом
    • 20 ° C = 2450 Ом
    • 80 ° C = 320 Ом

    Температура воздуха:

    • 20 ° C = 41500 Ом
    • 50 ° C = 11850 Ом
    • 85 ° C = 3500 Ом

    Вы используете EasyTherm для создания файлов .INC, которые вы используете для перекомпиляции кода в соответствии с вашими датчиками.Дополнительную информацию о компиляции кода можно найти в Руководстве по языку ассемблера.

    Вот несколько «готовых» файлов (с использованием указанных выше значений и резисторов):

    Обратите внимание, что для использования этих файлов их обычно необходимо переименовать, чтобы удалить префикс «rot_», который добавляется для предотвращения их смешивания с исходными файлами MegaSquirt ® .

    Не забудьте скопировать измененные файлы в каталог MegaTune.

    Загрузка кода в MegaSquirt ® описана в приложениях: Инструкции по обновлению встроенного программного обеспечения.

    Вам также необходимо скопировать файлы .INC в каталог MegaTune.

    Kurt Staging

    Те из вас, кто хочет провести поэтапную инъекцию, у вас также есть альтернативный способ, использующий стандартное оборудование и код MegaSquirt ® . «Kurt staging» (названный в честь создателя, Kurt Heintz ) - это метод улучшения динамического диапазона набора форсунок. Он использует тот факт, что таймеры форсунок независимы, и поэтому они могут перекрываться.Это означает, что одно событие инъекции не должно завершаться до начала следующего.

    Чтобы реализовать постановку Курта, вы можете использовать второй набор идентичных форсунок, которые питают каждый цилиндр и подключить драйвер инжектора № 1 к первому набору, а драйвер INJ № 2 ко второму набору. Что произойдет, если на холостом ходу форсунки будут чередовать свои импульсы, но по мере увеличения ваших значений VE они начнут перекрывать импульсы и будут обеспечивать полный поток от обоих форсунок одновременно. По сути, вы переходите от попеременного к одновременному по мере увеличения ширины импульса.

    Доступное время в секундах для впрыска (для 4-тактного цикла):

    time = 120 / об / мин * duty_cycle

    Каждый раз, когда ширина импульса превышает половину этого значения, будет действовать ступенчатая установка Курта. .

    Например, при 6000 об / мин на впрыске через порт у вас есть максимум 85% 720 ° для впрыска, или 17 миллисекунд. Если вы измените это значение на 2 впрыска, у вас будет 8,5 мс на один сквирт (игнорируйте inj_on). Например, если у вас есть две форсунки 19 фунтов / час на цилиндр, и предположим, что VE = 100 при ширине импульса 8.5 мс. До этого момента каждый инжектор включен отдельно, то есть один впрыскивает 8,5 мс, затем другой - 8,5 мс. Выше этого они начинают перекрываться, вплоть до того, что при VE = 200 у вас будет 17 мс впрыска при 38 фунтах. Постановка Курта дает вдвое больший динамический диапазон одного большого инжектора по стандартному коду.

    Основным критерием является то, что двигатель должен быть настроен так, чтобы он мог работать на любом берегу. Для впрыска через порт вы должны использовать две форсунки на цилиндр. Для впрыска в корпус дроссельной заслонки у вас нет особых требований к оборудованию.Все форсунки должны иметь одинаковый номинальный расход. Затем они подключаются наполовину к банку INJ1, а другая половина - к банку INJ2.

    Форсунки настроены на работу поочередно с параметром «ступенчатость форсунок» в MegaTune. Например, на независимом 4-цилиндровом двигателе вы установите MegaSquirt ® на 2 впрыска / чередование. Каждому бегуну будет впрыскивать по 1 инжектору из каждого банка. Фактически это будет распыляться один раз за цикл в каждого бегуна, сначала из одного инжектора, а затем из другого в следующем цикле.Но эти впрыски могут перекрываться, поэтому на более высоких оборотах вы можете заставить обе форсунки впрыскивать в течение одного цикла, впрыскивая больше топлива, чем могла бы одна форсунка.

    Kurt staging работает с MegaSquirt ® как есть, не требуя дополнительного кодирования. Вам нужно будет разместить все форсунки одинакового размера как можно ближе друг к другу, и, возможно, потребуется чередовать группы форсунок для каждого драйвера форсунки, чтобы получить плавный холостой ход (т.е. драйвер форсунки № 1 управляет форсункой "A" для цилиндра № 1 управляет форсункой B для цилиндра № 2, приводит в действие форсунку A для цилиндра № 3 и приводит в действие форсунку B для цилиндра № 4; привод форсунки № 2 будет управлять форсункой, противоположной форсунке, которая является первым приводом форсунки).

    Таким образом, если у вас есть два одинаковых инжектора, питающих один и тот же цилиндр, вы можете использовать вышеупомянутый метод, если вы используете дополнительный набор разных инжекторов или инжектор / инжекторы восходящего потока, вам нужно будет использовать код с двумя таблицами, а не стадию Курта.

    Ступенчатая установка Курта полезна для турбин, а также для двигателей с высокой частотой вращения, а также в тех случаях, когда удобнее получить еще один набор небольших форсунок для получения желаемого расхода топлива (например, удвоение форсунок на 19 фунтов / час на высокомощных 351 Вт может быть более рентабельным, чем набор форсунок 40 фунтов / час).


    Благодарим Roger Enns , Bill Shurvinton и Mike Robert за информацию, использованную при подготовке этой страницы.



    Контроллеры MegaSquirt ® и MicroSquirt ® являются экспериментальными устройствами, предназначенными для образовательных целей. Контроллеры
    MegaSquirt ® и MicroSquirt ® не предназначены для продажи или использования на транспортных средствах с контролируемым загрязнением. Ознакомьтесь с действующими в вашем регионе законами, чтобы определить, является ли использование контроллера MegaSquirt ® или MicroSquirt ® законным для вашего приложения.
    © 2004, 2005 Брюс Боулинг и Эл Гриппо. Все права защищены. MegaSquirt ® и MicroSquirt ® являются зарегистрированными товарными знаками. Этот документ предназначен исключительно для поддержки плат MegaSquirt ® от Bowling и Grippo.

    Как работает роторный двигатель Ванкеля

    Одна из проблем обычных автомобилей двигатель дизайн заключается в том, что поршни двигаться по прямой вверх и вниз в своих цилиндры , производить то, что есть известный как возвратно-поступательное движение .

    Внутри двухроторного двигателя Ванкеля

    В NSU Ro80 и более современных автомобилях Mazda с двигателями Ванкеля используются сдвоенные роторы. Роторы приводят в движение выходной вал, проходящий через их центр. Этот вал соединен с маховиком для сглаживания импульсов мощности двигателя. Преимущество сдвоенных роторов заключается в том, что, когда они настроены на поворот на 180 ° в противофазе друг с другом, один ротор компенсирует любые вибрации, производимые другим ротором, что обеспечивает исключительно плавную работу двигателя.

    Но опорные колеса требуют другого движения - вращательное движение . Чтобы преобразовать возвратно-поступательное движение во вращательное движение, поршни связаны с коленчатый вал так что при движении поршней вверх и вниз коленчатый вал повернуть. Тогда вращательное движение коленчатого вала может передаваться на дорогу. колеса, чтобы вести их.

    Двигатель автомобиля был бы намного проще, если бы поршни могли вращаться вместо движение вверх и вниз, потому что создаваемое таким образом вращательное движение может быть передается непосредственно на опорные колеса (хотя передача все равно будет необходимо).

    Еще одно преимущество такого роторный двигатель было бы что поршни бы всегда двигаться в одном направлении - по кругу. Ни один из двигателей мощность будет потрачена впустую, остановив поршни в конце их инсульт и снова ускоряя их в обратном направлении, как это происходит в Поршневой двигатель.

    Емкости Ванкеля

    Дизайн Двигатель Ванкеля делает его намного более мощным, чем поршневой двигатель такой же мощности.NSU Wankel Spyder с двигателем объемом 498 куб. См, обеспечивающим максимальную скорость почти 100 миль в час, это один из примеров. Еще совсем недавно купе Mazda RX-7 имеет объем двигателя всего 1308 куб. См (654 куб. См на ротор), но имеет аналогичные рабочие характеристики Porsche 924S объемом 2479 куб. См. Чтобы уравнять мощности двигателей Ванкеля и поршневых двигателей в с точки зрения производительности, мощность двигателя Ванкеля должна быть увеличена на 1.8. Это означает, что двигатель RX-7 объемом 1308 куб. См имеет такую ​​же выходную мощность, что и поршневой двигатель объемом 2354 куб. см.

    Развитие

    Несмотря на привлекательность идеи, когда-либо применялся только один тип роторного двигателя. успешно применяется в автомобилях. Это двигатель Ванкеля, разработанный Феликсом. Ванкель.

    Он начал исследования роторных компрессоры в 1938 году. После Второй мировой войны он объединился с NSU (немецкий производитель автомобилей, позже ставший частью VW Audi) превратить его компрессоры в практичный двигатель внутреннего сгорания .

    К 1957 году Ванкель построил экспериментальный роторный двигатель, работавший на испытательный стенд, и в 1964 году этот двигатель был предложен публике в NSU Wankel Spyder.Этот небольшой спорткар с задним расположением двигателя имел двигатель Ванкеля объемом 498 куб. мог развивать 50 л.с. и иметь максимальную скорость 95 миль в час (152 км в час).

    Spyder так и не завоевал популярность у публики, и автомобиль, который действительно прославил двигатель Ванкеля NSU R080, который был признан автомобилем Год 1968. Он имеет двухроторный двигатель 995c и может развивать скорость 110 миль в час. (176км в час).

    Внутри Ванкеля

    Сердце двигателя Ванкеля - трехсторонний поршень, называемый ротором. вращающийся внутри корпус ротора .На каждой стороне корпуса есть торцевая пластина.

    Боковые стороны ротора изогнуты на три лопасти, а корпус ротора в форме толстой восьмерки, так что при вращении ротора зазор между каждой стороной ротора и корпусом попеременно увеличивается и меньше. Этот постоянно меняющийся разрыв - ключ к горение процесс.

    топливо / воздушная смесь поступает в корпус в момент, когда в ловушке объем между стенкой корпуса и одним из лопастей ротора увеличивается.По мере увеличения этого объема создается вакуум , рисунок в топливовоздушная смесь через отверстия в корпусе и на торцевой пластине.

    По мере вращения ротора этот объем начинает сокращаться, сжимая топливно-воздушная смесь. Затем эта смесь проходит через свеча зажигания , установлен в стенка корпуса. В искра загорается загорание смеси, в результате чего она развернуть и вращать ротор вокруг его цикл . На данный момент объем между ротор и корпус увеличиваются, чтобы обеспечить расширение газов.Наконец, объем снова уменьшается, вытесняя отработанные газы через выхлопные отверстия.

    Таким образом, ротор совершает тот же четырехтактный цикл, что и поршневой двигатель - индукция , сжатие , мощность и выхлоп - но каждый из трех лепестки ротора проходят через этот процесс непрерывно, поэтому есть три силовые удары за каждый оборот ротора.

    Через центр ротора проходит выходной вал , к которому ротор связан системой планетарные передачи аналогично автоматическому коробка передач (см. Системы 44 и 45).Зубчатая передача позволяет ротору следовать эксцентричный орбите так, чтобы три конца ротора постоянно касались Корпус.

    Когда ротор вращается, он вращает этот вал. Вал несет это вращательное движение к передача инфекции и так с опорными колесами.

    Рабочий цикл роторного двигателя Ванкеля

    Индукция

    Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, следующая камера начинает увеличиваться в размерах из-за эксцентрической орбиты ротора.Это приводит к засасыванию топливно-воздушной смеси в камеру.

    Сжатие

    По мере того как ротор продолжает вращаться, камера начинает уменьшаться в размерах, сжимая топливно-воздушную смесь, готовую к воспламенению.

    Зажигание

    Когда камера проходит над свечами зажигания, они загораются, чтобы воспламенить смесь. Все современные двигатели Ванкеля имеют две свечи зажигания, обеспечивающие равномерное сгорание топливно-воздушной смеси по всей камере.

    Выхлоп

    Расширение горящих газов заставляет ротор совершать полный цикл, проходя через выхлопное отверстие, где газы вытесняются из камеры. Этот цикл продолжается во всех трех камерах одновременно.

    Отличия

    Конструкция двигателя Ванкеля означает, что он не имеет клапаны - топливо / воздух смесь просто входит и выходит из камеры через отверстия в корпусе ротора и торцевую пластину.Поэтому и качелей нет, распредвал или толкатели.

    Это означает, что Ванкель имеет примерно половину количества частей Поршневой двигатель. Кроме того, он легче и компактнее. Однако все равно нуждается во многих из тех же вспомогательных устройств, что и другие двигатели - стартер , генератор , система охлаждения , карбюратор или же впрыск топлива , масляный насос и так далее. Однажды двигатель установлен со всем этим, он теряет большую часть своего преимущества компактность и меньший вес.

    Тем не менее, двигатель Ванкеля в Ro80 получил широкую оценку за плавность хода и отсутствие вибрации.Отчасти это было из-за неисправности двигателя. с двумя роторами, установленными на одной линии друг с другом, но в отдельных корпусах. Каждый вращались примерно на том же выходном валу, но их время было установлено на 180 °, так что любой дисбаланс сила произведенные одним ротором, будут отменены тем же сил другого ротора, и чтобы они совместно производили более равномерный поворотное движение.

    Ограничения Ванкеля

    Хотя проблема уплотнения теперь в значительной степени разобрались, до сих пор не удалось полностью использовать потенциал двигателя Ванкеля для использования в транспортных средствах из-за ограниченного срока службы компонентов двигателя.Еще одна проблема состоит в том, что обычный поршневой двигатель автомобиля хорошо работает в довольно широком диапазоне скоростей и нагрузок, тогда как Двигатель Ванкеля лучше всего работает только в гораздо более узком диапазоне.

    Ранние проблемы

    Как только основная конструкция Ванкеля была определена, вскоре возникнут проблемы. стало очевидным. Один из них - износ уплотнений. Роторы герметизированы со всех сторон, чтобы убедитесь, что газы не просачиваются через наконечники из частей с высокой степенью сжатия корпус к частям с низкой степенью сжатия.Эти уплотнения были подвержены износу и поломка, в результате чего двигатель теряет компрессию и, следовательно, мощность.

    На поршневом двигателе это уплотнение частично обеспечивается клапанами и частично за счет поршневые кольца , но уплотнения на двигателе Ванкеля представляли особую проблемы.

    Уплотнения наименее эффективны при низких оборотах двигателя, где они должны быть снабжены пружинами, чтобы удерживать их прижатыми к стенке корпуса.

    Но при высоких оборотах двигателя комбинация центробежные силы и высокий газ давление сильнее прижмите уплотнения к корпусу.Результирующий трение означало потерю мощности и значительный износ уплотнений, что вскоре сломал.

    Ранние Ванкели имели печати из углерод , но в более поздних конструкциях были особые чугунные уплотнения, которые оказались более прочными. Для дополнительной защиты внутри корпуса и концевых пластин нанесено износостойкое покрытие.

    Вторая серьезная проблема - износ восьмиугольной рабочей поверхности, вызванный «стуком» печатей. Это приводит к гофре на ходу. поверхность и сокращает срок службы двигателя.

    Формы камеры

    Mazda 13B Роторный двигатель

    Схема впуска, двигателя и выхлопа роторного двигателя Mazda 13B. Этот двигатель имеет электронный впрыск топлива с двумя топливными форсунками на ротор. Первичные форсунки работают постоянно, в то время как вторичные форсунки включаются только при повышенных оборотах двигателя или нагрузке. Выбросы выхлопных газов сокращаются за счет использования термического реактора для нагрева выходящих газов - тепло подается теплообменником дальше по выхлопной трубе.

    Другой проблемой двигателя Ванкеля является форма горение камера . В типичном поршневом двигателе размер камеры составляет примерно полусферический, что помогает обеспечить равномерное сгорание топливно-воздушной смеси и постепенно. В двигателе Ванкеля камера сгорания неизбежно длинная. и плоская, форма которой значительно затрудняет оптимальное сгорание.

    Частичное решение проблемы камеры сгорания заключалось в поместиться две искры заглушки расположены на небольшом расстоянии друг от друга.Mazda - чей RX-7 теперь единственный Автомобиль с двигателем Ванкеля, который сегодня продается в Великобритании (см. Ниже) - взял этот принцип за основу. далее, установив две свечи, одна из которых срабатывает за доли секунды позже, чем другой. Это расположение требует двух отдельных зажигание системы с двумя катушки .

    Отсутствие успеха

    Несмотря на мощность и плавность хода Ванкеля, ему пока не удалось завоевать популярность среди подавляющего большинства производителей автомобилей.

    Основная причина - высокий расход топлива, вызванный тенденцией топливно-воздушная смесь гореть неравномерно.Неравномерное сгорание в двигателе Ванкеля также создает еще одну проблему - высокий выброс уровни частично сгоревшего углеводороды (загрязнение выхлопными газами).

    За годы, прошедшие с тех пор, как R080 принес теоретические преимущества Ванкеля двигатель к известности, были различные нефтяные кризисы и продолжающиеся давление со стороны правительств и общественности за снижение уровня выбросов выхлопных газов и лучший расход топлива.

    Author:

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *