Роторный двигатель или поршневой что лучше?

Что такое роторный двигатель

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство… Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем — RX-8.

История создания роторного двигателя

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.

У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

Роторный двигатель хорош тем, что состоит из куда меньшего числа деталей, чем его конкурент — процентов на 35-40.

Два двигателя одинаковой мощности — роторный и поршневый — будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше.

Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.

Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.

Читать еще:  Провернуло вкладыш шатуна что делать?

Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик». Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.

Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.

Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива, а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода — причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый — приносит меньше вреда экологии.

Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он «жрет» до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.

Высокая стоимость — из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.

Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Роторный двигатель — выбор сделанный сердцем!

Не всегда при выборе какого-либо пути, действия или предмета можно полагаться лишь на разум, иногда нужно поступать по велению сердца. Ибо, вся ваша жизнь, сложившаяся из поступков совершенных в угоду рациональной и практичной стороны, будет лишена радости, так как это не есть то, что вы хотели бы на самом деле. Ведь вы приобрели или сделали это, потому, что так было удобно, правильно, выгодно или признано обществом.

Роторный двигатель на авто — это и есть выбор сделанный сердцем, т.к. рациональности и практичности в таком моторе ноль без палочки. Только истинный маньяк дороги, купит себе такую машину и будет ездить на ней при условии вечных ремонтов и диагностик.

Что такое роторный двигатель?

Если я ничего не путаю, то это единственная марка авто с роторным двигателем, которую можно сейчас приобрести в свободной продаже, правда только б/у, т.к. больше они их не производят. Популярные модели RX-7 и RX-8, обе машины запомнились по кассовым фильмам, первая в первом Форсаже (машина Дизеля), вторая засветилась в Дневном дозоре (машина, ныне покойной, Фриске).

Принцип действия

Начнем с того, что сам ротор, он же поршень, располагается на валу, который крутит маховик и предает усилие на трансмиссию, но это не простой вал, который вращает ротор вокруг своей оси, а вал-эксцентрик. Ротор как бы описывает центр вала, создавая полусферы в полости рабочей зоны двигателя.

Все начинается с всасывания. Полусфера заполняется воздухом и топливом, перемешиваясь в полости(не в впускном коллекторе). Далее ротор выталкивает топливную смесь в следующую камеру, одновременно сжимая ее, где и происходит возгорание от двух свечей. Смесь сгорает и происходит расширение и выталкивание газов в следующую камеру, в которой и происходит выпуск. Ни чего особенного, подумаете вы. Да. Только нужно учесть, что ротор треугольной формы и процесс происходит одновременно. То есть три цикла в один оборот. Если сравнить с обычным двигателем, то там один цикл за оборот. В этом и есть вся «фишка» подобной системы.

Как правило автомобили комплектуются двух- и трех роторными двигателями удельное КПД, которых можно сравнить со «взрослыми» V- образными моторами. Например, 1,3 от RX8 = V6 любого атмосферника, а 3-х роторный = V12. Вот такие сравнительные моменты, которые подкупают потенциальных владельцев автомобилей с РПД. Но это айсберг с таким основанием, знать о котором, порой, даже не хочется и вообще страшно.

Плюсы и минусы роторно-поршневых двигателей

  • Минимум деталей. В РПД на 1000 деталей меньше, чем в обычном ДВС;
  • Мягкая и сбалансированная работа. В двигателе практически отсутвуют вибрации из-за однонаправленности в работы системы (для тех кто не в курсе, в стандартном ДВС поршневая работает разнонаправлено);
  • Высокое КПД, относительно рабочего объема.

Из минусов:

  • Экология (в нашей стране мало кого волнует, но все же). Большое количество выбросов углекислого газа;
  • Расход топлива. Средний расход 20-25 литров на 100 км. Происходит это из-за компенсации горючим низко степени сжатия (проще говоря, степень сжатия низкая и мотор льет бензин в камеру с запасом);
  • Низкий ресурс. В идеальном варианте мотор без капремонта протянет 150 тыс, но это при самых наилучших условиях.
  • Дороговизна обслуживания и отсутствие в должном количестве мастерских занимающихся подобными ДВС (например в Москве пальцев одной руки с лихвой хватит, чтобы перечислить все сервисы, еще 3-4 года назад был только один толковый сервиз, занимающийся этим на высоком уровне);
  • Чисто производственный минус. Производителю влетает в немалую копейку изготовить данный мотор.

Поэтому приобретая такой автомобиль, вы явно не планируете экономить и практичность не ваша сильная сторона. А может вам просто по душе автомобиль и вам все равно на его минусы? Такое тоже может быть. К стати, есть категория граждан, которым нравится дизайн той же самой RX-8 и чтобы не попадать с ремонтом ротора, они его меняют на обычный ДВС.

Читать еще:  Ароматизатор для авто какой лучше?

Почему у роторных двигателей маленький ресурс?

Стоимость ремонта РПД зависит от состояния. Если брать цену на переборку, то она составит от 1000-1500 уе. Если крупные узлы не пострадали, то оплачиваем порядка 1500 уе за ремкомплект и по 700 за каждую секцию, если они уже приплыли. Но если требуется более углубленный разбор, то дешевле заказать новый двигатель из США или Японии (Из США на 1000-1500 дешевле).

Все, что ты хотел знать о роторных двигателях, но стеснялся спросить у этих… ну, с гаечными ключами

Доступный ликбез к 50-летию легендарной Mazda Cosmo Sport.

Ветераны гаражных посиделок всегда вспоминают роторно-поршневые двигатели (РПД) с придыханием и делают лица, как на картине Перова «Охотники на привале». Отставив кружку на пыльный капот, кто-нибудь непременно расскажет, как у друга брата соседа знакомый в девяносто пятом пытался уйти на свежем «биммере» (тридцать четвертая, мотор M50 «плита»!) от роторной «пятерки» «Жигулей». Безуспешно, разумеется. Присутствующие при этом должны делать осведомленно-понимающие лица. Случись тебе оказаться в этом уютном гараже с постерами «Совтрансавто», ты бы, вероятно, не спросил, что это за «эр-пэ-дэ» такое, чтобы не ловить на себе взгляды, полные презрения и разочарования в человеке, который и дистиллированную воду в аккумулятор никогда не доливал.

Впрочем, эти косые взгляды стоит понимать так: мало кто из тех, кто мечтательно закатывает глаза при упоминании «роторов», готов объяснить тебе, чем они отличаются от обычных поршневых моторов. Ну а мы попробуем.

Начнем сразу с анимации, так нагляднее. Только не с роторного двигателя, а как раз с обычного поршневого. В его цилиндрах горит смесь воздуха и горючего, обеспечивая возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршней, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

В роторном двигателе кинематика иная. В полости корпуса на эксцентрическом валу вращается ротор — тело, очерченное тремя дугами, что-то вроде треугольника с выпуклыми сторонами (точнее, это треугольник Рёло — почитай на досуге). Сам корпус двигателя называют по-разному: статором, картером или просто секцией. Внутри него и происходит весь рабочий цикл, те же такты (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов), что и в поршневом двигателе.

Но на этом сходство с обычным двигателем заканчивается. Цилиндров в роторно-поршневом моторе нет: все такты происходят в камере постоянно меняющегося объема, образованного неподвижными стенками секции и движущимся ротором — каждая вершина «треугольника» постоянно соприкасается с внутренней поверхностью корпуса, обеспечивая герметичность.

Это постоянное трение уже само по себе проблема. Легко сказать — герметичный контакт трущихся деталей! Но надежное, а тем более долговечное уплотнение ротора и статичной секции даже с сегодняшними технологиями создать весьма сложно. Это, пожалуй, главный врожденный недостаток РПД. Неполная герметичность контакта влечет за собой высокий расход масла и бензина, а также грозит высокой токсичностью выбросов из-за большой доли несгоревших углеводородов. Очевидна и другая проблема: малый ресурс двигателя. Но все же оригинальную конструкцию решили довести до ума…

Роторно-поршневой двигатель иногда называют «ванкелем» — по имени одного из его создателей. Доктор Феликс Ванкель совместно с Вальтером Фройде разработал прототип РПД в 1958 году для мотоцикла немецкой марки NSU. Эта фирма давно утратила самостоятельность и фактически растворилась в структуре сегодняшнего концерна Volkswagen. Роторные технологии надолго пережили свою колыбель и в конце пятидесятых казались невероятно перспективными: патент на двигатель Ванкеля купили и Mercedes-Benz, и Citroen, и даже ВАЗ. Правопреемник NSU, марка Audi, тоже построила несколько прототипов.

Справедливый вопрос: чем так манила инженеров концепция с врожденными слабыми местами? Огромными преимуществами, помноженными на веру, что все сложности решаемы. Перспективы действительно манили. Если в обычном поршневом двигателе вращательное движение коленчатого вала обеспечивается возвратно-поступательным движением поршней, то роторная концепция предлагает только вращательное движение и поршня-ротора, и эксцентрического вала, что резко уменьшает число движущихся деталей. В результате сокращается число трущихся пар, источников шума и вибрации. Двигатель механически сбалансирован.

Кроме того, в РПД отсутствует привычный механизм газораспределения. Впускные и выпускные отверстия («окна») открываются и закрываются самим вращающимся ротором. То есть отпадает необходимость и в клапанах, а вместе с ними — в приводном ремне, распредвалах, коромыслах, пружинах клапанов. Просто взгляни еще раз на анимацию поршневого ДВС и мысленно убери все, что выше снующих вверх-вниз поршней. То-то же!

В обычном поршневом двигателе деталей больше на несколько сотен. Роторная концепция также предлагает высокую удельную мощность и чрезвычайную компактность: РПД в 1,5—2 раза меньше поршневого безнаддувного мотора аналогичной мощности.

И все же сложности с массовым производством «роторов» оказались чересчур значительны. Единственной компанией, которая более 50 лет упорно совершенствовала оригинальную и капризную концепцию, стала Mazda. В 1961 году японцы купили у NSU патент и сам двигатель.

Первый серийный РПД из Японии был двухсекционным 1,0-литровым и развивал мощность 110 л.с. И это, заметь, в 1967 году! Двухроторная схема оказалась оптимальной для серийных легковых машин: она не намного сложнее односекционной, но обеспечивает наиболее равномерный крутящий момент, а заодно позволяет уменьшить объем камеры сгорания и, как следствие, долю несгоревшего топлива.

Двигатель дебютировал на изящном купе Mazda Cosmo Sport. За ним последовали другие интересные модели вроде Luce Rotary Coupe или Cosmo 1981 года, но самой славной стала модель RX-7. Первое поколение появилось в 1978 году. Его 1,1-литровый агрегат развивал 115 л.с.

Принцип работы роторного двигателя: плюсы и минусы

Чтобы понять, почему промышленники прекратили оснащение автомобилей силовыми агрегатами этого типа, полезно ознакомиться с принципом работы роторного двигателя. Зная основные характеристики, конструкцию, достоинства и недостатки, изучив разновидности РПД, можно оценить перспективы и вероятность последующего серийного выпуска таких моделей машин.

Читать еще:  Плохо чистят щетки стеклоочистителя что делать?

Принцип работы роторного двигателя

Роторный мотор работает по схеме, отличающейся от технологии, характерной для стандартного ДВС с поршнями в качестве основного подвижного элемента. Кроме того, силовые агрегаты имеют различную конструкцию.

По аналогии с поршневым двигателем принцип действия РПД базируется на преобразовании энергии, получаемой в результате сгорания воздушно-топливной смеси. В первом случае давление, создаваемое в цилиндрах при сжигании горючего, вынуждает поршни двигаться. Возвратно-поступательные движения шатун и коленчатый вал преобразуют во вращательные, которые заставляют крутиться колеса.

Ротор движется во внутренней полости овальной капсулы, передавая мощность сцеплению и коробке передач. Благодаря треугольной форме, он выдавливает энергию топлива, направляя через трансмиссию на колесную систему. Обязательное условие — в качестве материала используется легированная сталь.

Внутри цилиндра, где располагается ротор, происходят следующие процессы:

  1. воздушно-топливная смесь сжимается;
  2. впрыскивается очередная доза горючего;
  3. поступает кислород;
  4. топливо воспламеняется;
  5. сгоревшие элементы направляются в выпускное отверстие.

Треугольный ротор закрепляется на особом механизме. При запуске двигателя он выполняет специфические движения, не вращаясь, а как бы бегая внутри овальной капсулы.

Благодаря своей форме, он образует в корпусе 3 изолированные камеры.

В них наблюдаются такие процессы:

  • в первую полость через впускное окно подается горючее и всасывается кислород, при перемешивании образующие воздушно-топливную смесь;
  • во втором отсеке происходит сжатие и воспламенение;
  • продукты сгорания вытесняются в выпускное отверстие из третьей камеры.

Схема устройства РПД

В конструкцию РПД входят следующие элементы:

  1. Ротор с 3 выпуклыми гранями, выполняющими функции поршня. За счет углублений увеличивается скорость вращения, образуется больше пространства для воздушно-топливной смеси.
  2. Пластины из металла, закрепленные на вершинах каждой из сторон. Их предназначение — формирование полостей в корпусе, где происходят рабочие процессы силовой установки.
  3. 2 металлических кольца на гранях ротора служат для образования камерных стенок.
  4. В центре конструкции располагаются 2 больших колеса с большим количеством зубьев, вращающихся вокруг шестерней меньшего диаметра. Зубчатая передача соединена с приводным устройством, закрепленном на выходном валу. Направление и траектория движения внутри камеры зависят от этого соединения.
  5. Корпус ротора. Изготавливается в форме условного овала. Такая конфигурация обеспечивает постоянный контакт вершин треугольника со стенками капсулы, создавая 3 изолированных объема газа.
  6. Окна впрыска и выхлопа. Клапанов не имеют. Впускное отверстие соединено с системой подачи топлива, а выпускное — с выхлопной трубой.
  7. Выходной вал с эксцентриковой конструкцией. На нем расположены особые кулачки, смещенные относительно осевой линии. На каждый из этих выступов надевается отдельный ротор. Благодаря несимметричной установке, происходит неравномерное распределение силы давления. Это приводит к образованию крутящего момента, вызывающего стабильную работу силовой установки, основанную на оборотах вала.

5 основных слоев, скрепленных по окружности длинными шурупами, составляют стандартную конструкцию двухроторного двигателя. При этом создаются условия для свободной циркуляции охлаждающей жидкости внутри системы. Движущиеся части, представленные 2 роторами и эксцентриковым выходным валом, располагаются между 2 стационарными участками.

Мощность и ресурс

По сравнению со стандартным ДВС, роторный агрегат характеризуется большей удельной мощностью, которая измеряется в л.с./кг. Это объясняется меньшей массой подвижных деталей, составляющих конструкцию РПД. Обоснование — отсутствие газораспределительного механизма, клапанной системы, коленчатого вала и шатунов.

Кроме того, однороторный двигатель преобразует энергию сгорания топлива во вращательное движение на протяжении ¾ тактов рабочего цикла. Для поршневых моторов этот показатель снижен до ¼.

В результате при вместимости цилиндров 1,3 л современный РПД серийного производства развивает мощность до 220 л.с. А если базовая конструкция дополнена турбинным надувом, то до 350 л.с.

До 2011 г. только японские промышленники концерна «Мазда» выпускали автомобили с двигателями роторного типа. А потом и они сняли агрегат с производства. Вероятная причина — заниженный ресурс силовой установки. До первого капитального ремонта транспортные средства проезжают всего 100 тыс. км. При аккуратном стиле вождения и бережном отношении пробег увеличивается до 200 тыс. км.

Уязвимое звено — уплотнители ротора, страдающие от перегрева и высоких нагрузок. Кроме этих факторов на них оказывают негативное влияние детонация и износ подшипников, расположенных на эксцентриковом валу.

Достоинства и недостатки роторного двигателя

Впервые машина с роторным силовым агрегатом вышла на трассу для тестирования в 1958 г. У истоков его создания стоит Феликс Ванкель, именем которого часто называют РПД.

Игнорируя достоинства изобретения немецкого инженера, работавшего над ним совместно с коллегой-единомышленником Вальтером Фройде, многие автопромышленники не рискнули устанавливать новинку на серийные модели своих автомобилей.

К их числу не относятся производители Mazda, выпустившие первую версию транспортного средства с роторной силовой установкой в 1967 г.

Достоинства РПД

  1. Высокий КПД, достигающий 40%. Обоснование — на 1 оборот эксцентрикового вала приходится 3 рабочих цикла.
  2. Упрощенная конструкция. В ней отсутствуют многие узлы, характерные для поршневых ДВС, в т.ч. газораспределительный механизм, шатуны, клапаны и т.п.
  3. Высокие обороты. Двигатель на базе треугольного роторного элемента раскручивается до 10 тыс. об/минуту.
  4. Плавная работа при полном отсутствии вибраций. Объяснение — стабильная ориентация движения ротора в одном направлении.
  5. Устойчивость перед детонацией. Это позволяет в процессе эксплуатации применять водород.
  6. Компактные размеры. По сравнению с поршневыми агрегатами габариты РПД в 2 раза меньше. Следствие этого — небольшой вес полностью укомплектованной конструкции и наличие свободного пространства для комфортного расположения водителя и пассажиров.
  7. Отсутствие дополнительных нагрузок при увеличении количества оборотов. С учетом указанного фактора можно разгонять транспортное средство до 100 км/ч на низкой передаче.
  8. Сбалансированность. Позволяет эффективнее уравновесить автомобиль, создавая стабильную устойчивость на любом дорожном покрытии.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector