В каком году установили роторный двигатель

Первые эксперименты с роторным двигателем!

Гениальный немецкий инженер Феликс Ванкель (13.08.1902 – 09.10.1988) как-то признался журналистам, что принцип работы роторного двигателя он увидел во сне, когда ему было 17 лет. И, хотя идеи подобной конструкции волновали ученые умы еще с XVI века, именно Ванкелю удалось создать рабочий мотор.

Рамки классического образования оказались слишком тесными для изобретателя. Феликс не смог ни поступить в университет, ни получить рабочей специальности. Несмотря на это, в 1924 г. Ванкелю удалось организовать небольшую мастерскую и спустя 10 лет кропотливой работы, инженер представил первый работающий прототип мотора, получивший индекс DkM 32 (Drehkolbenmaschine 1932).

В 1936 г. разработками Ванкеля заинтересовалась компания BMW, и Феликсу выделили техническую лабораторию в Линдау. Тогда же началось сотрудничество инженера с DVL (Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt) – авиационным опытно-конструкторским производством, расположенным в Берлине.

Во второй половине 30-х гг. Ванкель занимался лепестковыми клапанами и уплотнителем элементов двигателей для BMW, DVL, Junker, Daimler-Benz. Во время войны Ванкель продолжал работу над лепестковыми клапанами, разрабатывая авиационные моторы и двигатели для быстроходных военных катеров.

После поражения гитлеровской Германии оборудование из лаборатории в Линдау реквизировали Французские власти, а Ванкель попал в тюрьму за связи с нацистами. Его освободили только в 1947 году.

Возобновить работу над роторно-поршневым двигателем получилось только в 1951 году, когда Феликс Ванкель поступил на работу в компанию NSU в должности инженера-конструктора, где продолжил свои разработки вместе с ведущим инженером Вальтером Фройде.
В 1957 г. инженерам впервые удалось установить модернизированный роторно-поршневой двигатель на автомобиль NSU Prinz.

Новый двигатель стал сенсацией, страницы популярных журналов запестрели заголовками: «Двигатель Ванкеля — революция в моторостроении!». Феликс, однако, остался недоволен двигателем и продолжал совершенствовать конструкцию.

Изучали двигатель и в СССР. Первый рабочий образец — РД-250 — был создан уже в 1961 г. во ВНИИ Мотопром. Корпус мотора был изготовлен из чугуна, применялось воздушное охлаждение. Серпуховским инженерам удалось добиться устойчивой работы РПД на частотах до 6000 об/мин при мощности 8,5 л.с., однако при форсировке мотора до 17 л.с. на 9000 об/мин появились проблемы, связанные с малой эффективностью уплотнений и большими механическими потерями. Постепенное решение этих проблем и накопленный опыт позволили в 1964 г. приступить к разработке РПД для установки непосредственно на мотоцикл.

Техническое задание предусматривало создание мотоциклетного мотора мощностью 30-35 л.с. для замены агрегата в киевских и ирбитских мотоциклах с коляской. В 1970 г. начались дорожные испытания двигателя РД-350В в шасси мотоцикла К-650. Машина демонстрировала удовлетворительную динамику (двигатель развивал мощность 30,5 л.с.), но долговечность мотора (100 моточасов) оказалась явно недостаточной.

Поэтому в 1972 г. создается новый вариант мотора — РД-500В. Его корпус был выполнен из алюминиевого сплава, с хромовым покрытием рабочей поверхности. Двигатель развивал мощность 40 л.с. при 6000 об/мин, дорожные испытания мотора проводились в шасси мотоцикла МТ-9. Развитием РД-500В стал созданный в 1973 г. РД-501, в котором применили никасиловое покрытие корпуса, ротор из спеченного алюминиевого сплава и электронную бесконтактную систему зажигания.

Тем временем в Германии, в 1964 году, компания NSU выпустила первый в мире серийный автомобиль с РПД – NSU Spider с 54-сильным двигателем и максимальной скоростью в 153 км/ч. Модель оказалась удачной и на Франкфуртском автосалоне 1967 года состоялась официальная презентация очередной новинки – NSU Ro80. К предстоящему автосалону 1969 года компания NSU подготовила уже три преемника Ro80, однако в том же году была выкуплена немецкой Volkswagen Group и объединена с также принадлежащей Volkswagen бывшей DKW. Объединенное предприятие получило название Audi NSU Auto-Union A.G., а совместная продукция выпускалась под маркой Audi. Несмотря на то, что производство собственных моделей NSU продолжалось параллельно, все работы над роторно-поршневыми двигателями приостановились.

Эстафету переняли французский Citroen, японская Toyo Kogyo (современная Mazda) и немецкий Daimler-Benz, не говоря о множестве мелких производителей и конструкторских бюро. Повальное увлечение идеей использования двигателя Ванкеля привело к тому, что в середине 70-х гг. выпуском автомобилей и мотоциклов с РПД занималось полтора десятка фирм, как вдруг, ажиотаж закончился. Из-за различных недостатков большинство серийных автомобилей оснащенных РПД терпели крах на рынке, что грозило некоторым компаниям потерей самостоятельности и даже банкротством. Изменить конструктивные особенности первых серийных роторно-поршневых двигателей удалось только инженерам японской Toyo Kogyo.

Основная проблема первых моделей РПД заключалась в неравномерном износе внутренней поверхности рабочей камеры, в результате чего появлялись поперечные борозды. В ходе исследований, проведённых в Mazda, выяснилось, что при вращении треугольного ротора заглушки на его вершинах начинают вибрировать, в результате чего образуются борозды на рабочей поверхности.

Повышенная токсичность выхлопа РПД Ванкеля являлась ещё одной серьёзной проблемой. За счёт неполного сгорания топлива роторный двигатель выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов. Инженеры Mazda нашли простое и эффективное решение этой проблемы – в конструкцию двигателя был добавлен термальный реактор, в котором сжигаются остатки углеводородов в выхлопных газах. Первым автомобилем, реализовавшим такую схему, стал Mazda R100, выпущенный в 1968 г.

Это была одна из немногих машин сразу прошедших весьма жёсткие экологические требования выдвинутые США в 1970 г. для импортируемых автомобилей. К 1973 г. из 104 960 автомашин Mazda, проданных в США, более 92% оснащались роторно-поршневым двигателем.

23 ноября 1973 г., во время глобального снижения интереса к РПД, вышел приказ министра автомобильной промышленности СССР № 228 от 23 ноября 1973 г. «О развитии и ускорении работ по созданию роторно-поршневых двигателей для автомобилей и мотоциклов». В марте 1974 г. группа специалистов во главе с Виктором Николаевичем Поляковым (первым генеральным директором ВАЗа, позже – заместителем министра автомобильной промышленности СССР) отправилась в Японию. Они побывали на автомобильных комплексах Toyo Kogyo, Toyota, Nissan и др. Далее последовал приказ В.Н. Полякова от 18 апреля 1974 г.: «Создать на Волжском объединении по производству легковых автомобилей (без включения в штаты Волжского автомобильного завода) специальное конструкторское бюро по роторно-поршневым двигателям».

Японскую командировку ВАЗовцев тогдашний начальник технического бюро цеха Волжского завода Николай Максимович Головко вспоминает так:

” В Японии нам постарались показать максимально мало. Все издалека, с каких-то подвесных галерей, лишь в самых общих чертах. Поляков нервничал: командировка срывается, информации по самому минимуму. Но и в этих условиях мы старались выжать все возможное, особенно от посещения станкостроительных и автомобильных заводов. Это же была первая вазовская поездка в Японию. Вкалывали как звери. Вставали в шесть утра, ложились в час-два ночи, и то, если не расшифровывали записи или не составляли тезисы — по просьбе Полякова, чтобы уже утром вручить всем членам делегации. После каждого осмотра Поляков заставлял нас еще в автобусе высказаться, — по горячим следам, пока ничего не забыто. И даже когда домой летели, в самолете, это часов 8-10, набрасывали предварительный отчет”.

Первым руководителем СКБ РПД стал Борис Сидорович Поспелов. Под его началом в 1976 г. заработал первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с. Пять лет ушло на доводку конструкции, после чего была выпущена опытная партия в 50 штук ВАЗ-21018, мгновенно разошедшихся среди работников ВАЗа. Мотор оказался очень ненадежным, всего за шесть месяцев 49 двигателей Ванкеля пришли в негодность и их заменили обычными двигателями внутреннего сгорания.

Такой провал положил конец работе над односекционным вариантом РПД и конструкторы направили усилия на разработку двухсекционного. Уже через год появились двигатели ВАЗ-411 мощностью 110-120 л.с. и ВАЗ-413 мощностью 140 л.с., в то время как серийные двигатели внутреннего сгорания показывали стендовую мощность не более 80 л.с.

Первый мотоцикл с РПД был изготовлен на ВАЗе в 1980 г. Темпы разработки роторных мотоциклов, разумеется, отставали от автомобилей. К тому же тольяттинские конструкторы получили заказ на разработку РПД для легкой авиации и вертолетов, поэтому даже автомобильные роторные двигатели периодически отходили на второй план.

Источник

Роторный двигатель, принцип работы и техника применения

Роторный двигатель изобрел доктор Феликс Ванкель, вернее он был соавтором совместно с Вальтером Фройде. В 1957 году они разрабатывали две модели аналогичных роторных двигателей, но двигатель Ванкеля нашел более широкое применение. Именно поэтому этот двигатель часто также называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.
Роторный двигатель, как и двигатель в вашей машине является двигателем внутреннего сгорания, но принцип его работы совершенно другой, в отличии от обычного поршневого двигателя.

Если в поршневом двигателе, существует несколько (в зависимости от цилиндров) рабочих объемов (цилиндр и поршень), поочередно выполняющих свои стандартные циклы – забор смеси, сжатие, зажигание и выхлоп, то в роторном, поршни заменены ротором. (рабочий треугольный орган в форме эпитрохоида), который в зависимости от угла поворота поочередно, совместно с корпусом, участвует все в тех же циклах перечисленных ранее (забор, сжатие, зажигание, выброс)
В этой статье мы узнаем о том, как работает роторный двигатель, о его особенностях и интересных фактах связанных с ним, о достоинствах и недостатках. Давайте начнем наше знакомство с роторным двигателем, с принципа его работы.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании топливно-воздушной смеси. Как и в поршневом двигателе, входное отверстие сообщается с дроссельной заслонкой, а выпускное с выхлопной системой. Если в поршневом двигателе это давление образуется в цилиндрах, а затем посредством поршней, шатунов передается на коленчатый вал, то в роторном двигателе передаточные звенья отсутствуют. Треугольный ротор в роторном двигателе является своеобразным поршнем, вращающимся по кругу и передающим крутящий момент на выходной вал.
Фактически ротор при вращении делит общую камеру на три изолированных, в объеме каждой из этих условных камер происходит свой цикл (забор, сжатие, зажигание, выброс). Как и в случае с поршневым двигателем, роторные двигатели имеют всего 4 такта.
Как правило, даже в самом простом роторном двигателе применяют два ротора. Такая конструкция позволяет уменьшить детонацию, увеличить стабильность работы двигателя. Если вы внимательно посмотрите на картинку, то увидите, что один полный оборот ротора, соответствует 3 оборотом вала.
Сердцем роторного двигателя является ротор. Ротор в данном случае эквивалентен поршням в обычном двигателе. Ротор установлен на вал с неким эксцентриситетом. Фактически такое смещение можно сравнить с рукояткой на лебедке. Подобная установка ротора, позволяет передавать крутящий момент от него на вал.
Как мы уже говорили, двигатель имеет 4 такта, они меняются в зависимости от угла поворота ротора. Сейчас мы кратко рассмотрим каждый из данных тактов в роторном двигателе.

Забор топливно-воздушной смеси в роторном двигателе

Забор смеси начинается в тот момент, когда одна из вершин ротора проходит впускной клапан в корпусе. В это время, объем камеры расширяется, вовлекая в свое увеличивающееся пространство топливно-воздушную смесь. В тот момент, когда следующая вершина ротора проходит впускной канал, начинается следующий такт.
Сжатие топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Во время поворота ротора, объем смеси захваченной ротором уменьшается, что приводит к повышению давления. Максимальное давление образуется в тот момент, когда топливно-воздушная смесь находится в зоне свечей.

Сжигание топливно-воздушной смеси

Для зажигания смеси, как и в поршневом двигателе, используются свечи. Они зажигают смесь одновременно, то есть срабатывают синхронно. Обычно для роторного двигателя применяют две свечи зажигания. Применение двух свечей зажигания связано с особенностями рабочего объема. Он как бы вытянут по стенке корпуса, именно поэтому, эффективней использовать две свечи, чтобы смесь сгорала более быстро и равномерно. В случае с одной свечкой, смесь будет сгорать дольше, если можно так сказать постепенно, что значительно понизит пиковое давление во время взрыва при зажигании топливно-воздушной смеси.
В итоге, от образовавшегося давления взрывной волны, получается рабочее усилие, проворачивающее ротор на эксцентрике вала. Крутящий момент передается на выходной вал. Ротор проворачивается до отверстия выпуска выхлопных газов.

Выброс отработавших выхлопных газов

Как только ротор одной из своих вершин пересекает границу выпускного отверстия, начинается выброс выхлопных газов. Ротор по инерции, а также посредством второго ротора, работающего асинхронно, продолжает менять свой угол и перемещается вершиной до впускного отверстия. Здесь все происходит заново от такта забора до такта выброса.

Узлы (детали) роторного двигателя

Далее мы расскажем о составляющих частях роторного двигателя, что также отчасти поможет вам в более точном понимании работы двигателя. Роторный двигатель имеет в своем составе систему зажигания, систему питания, систему охлаждения, которые похожи на те, что применяются в поршневых двигателях. А теперь о уникальных деталях.

Ротор роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых поверхности с фразированными углублениями. Углубление позволяют несколько увеличить рабочий объем. На вершинах (углах) ротора имеются уплотнительные, однонаправленные пластинки. Именно они учувствуют в герметизации между ротором и корпусом. Есть также металлические кольца на каждой из сторон ротора, которые отделяют рабочую камеру от картера двигателя. Кроме того, ротор имеет в центре с одной стороны зубчатый венец. Этот венец жестко закреплен с ротором. Именно через данную зубчатую передачу передается рабочий крутящий момент от двигателя.

Корпус роторного двигателя

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку.
Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили.
А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя.

Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора
Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Выходной вал роторного двигателя

Выходной вал имеет эксцентрики, в данном случае их два, так как на вал устанавливается два ротора, которые работают в противофазе, когда один в цикле выброса отработавших газов, второй в цикле забора смеси. Применение двух роторов позволяют скомпенсировать биения во время работы двигателя и соответственно уменьшить детонацию. За счет смещения эксцентрика и перемещения каждого из роторов по стенкам в корпусе двигателя, они стараются провернуть вал. В итоге, на нем образуется рабочий крутящий момент.

Достоинства роторного двигателя

Как мы уже упоминали, главным достоинством роторного двигателя является отсутствие передающих звеньев, а именно шатунов. Кроме того, для роторного двигателя не требуется клапанов, пружин клапанов, распределительного вала, ремня ГРМ и т.д. Все это в итоге сказывается на габаритах и массе двигателя. Именно поэтому многие производители самолетов (например Skycar, Schleicher), предпочитают поршневым двигателям роторные.
К плюсам роторного двигателя, как мы уже тоже говорили, можно отнести и очень хорошую сбалансированность деталей в нем. Его можно сравнить с оппозитным 4 поршневым двигателем.
роторный двигатель более длительное время, по сравнению с поршневым, выдает крутящий момент на выходной вал. Если для роторного двигателя выход мощности на вал длится порядка ¾ оборота (270 градусов), то для поршневого двигателя крутящий момент передается только в течении ½ оборота (180 градусов)
Так как ротор вращается всего один раз за три оборота вала, это также сказывается на ресурсе ротора, в отличии от поршневых двигателей, где поршень делает полный цикл за оборот вала. У японский моделей автомобилей, ресурс двигателя может достигать 300 т. км.

Недостатки роторных двигателей

Так в современном мире роторные двигатели массово не применяются вследствие низкой экологичности.
Роторные двигатели потребляют большее количество топлива, вследствие низких рабочих давлений в камере сгорания.
Роторные двигатели не так распространены, что может стать проблемой при их ремонте и эксплуатации.
В двигателе фактически нет системы смазки. Определенное количество смазки (моторного масла) постоянно выбрасывается в корпус к ротору. В итоге у двигателя имеется значительный расход масла. Кроме того, это должно быть высококачественное минеральное масло без присадок, так как «синтетика» выгорая, образует на стенках корпуса нагар.
Двигатели намного сильнее нагреваются чем поршневые двигатели.

Всемирно известные автомобили, выпускающиеся с роторными двигателями

(На фото Mazda Cosmo Sport и Mazda RX8)

Японская компания Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторным двигателем. Так первая Мазда Cosmo Sport увидела свет в далеком 1967 году. Следующее поколение — Mazda RX-7 поступила в продажу в 1978 году. Пожалуй, это была одна из самых удачных машин с роторным двигателем. И последнее поколение автомобилей с роторным двигателем это Мазда RX-8.
И в итоге, самым мощным без турбонаддува двигателем внутреннего сгорания стал двигатель «Renesis» от Мазда, объёмом всего 1,3 л. Именно у него рекордный показатель мощности к рабочему объему двигателя, а именно 250 л. с.
В последние годы компании Мазда удалось значительно улучшить характеристики роторных двигателей. Двигатели стали более экологичны, и не требуют такого объема масла для смазки.
Выпускались автомобили с роторным двигателем и другими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
В СССР на АвтоВАЗе также выпускали ряд роторных двигателей. Роторные двигатели ставились на автомобиль 21079 (1,3 л 140 л.с.) и планировались к эксплуатации в спецслужбах.
В 90 годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы следующие роторные двигатели ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Перспективы роторных двигателей

Основные перспективы роторных двигателей связаны с переходом на водородное топливо. Во-первых сразу решается проблема экологичности, а во-вторых, роторные двигатели практически не подвержены детонации при работе с этим видом топлива.

Источник