Двс ванкеля: Вход в личный кабинет Атлант-М

Фирма Mazda разработала гибрид с двигателем Ванкеля — ДРАЙВ

Новый патент открывает путь для возвращения двигателя Ванкеля (цифра 3 на схеме) в качестве основного, но не гарантирует, что это непременно случится.

Компания Mazda запатентовала в Японии необычную схему полноприводного гибрида, использующего роторно-поршневой двигатель Ванкеля (РПД). Размещён ДВС спереди продольно, со смещением вглубь колёсной базы. К валу ДВС присоединён 48-вольтовый основной тяговый электромотор мощностью 25 кВт (34 л.с.) и с максимальным крутящим моментом в 200 Н•м. Сообща они передают тягу на трансмиссионный вал, который завершается сцеплением, некоей ступенчатой коробкой передач (её тип не уточнён), дифференциалом и полуосями. Основные ведущие колёса в большинстве ситуаций — задние.

На этой схеме ДВС показан под номером 3, основной электромотор — 5, трансмиссионный вал — 4а, сцепление — 4b, коробка передач — 4c. Дифференциал и задние полуоси не отражены.

В качестве главного накопителя энергии применена 48-вольтовая литиево-ионная батарея с относительно скромной вместимостью в 3,5 кВт•ч. Она расположена под днищем в центре машины (цифра 6 на схеме). В передние же колёса встроены 17-киловаттные (23 л.с.) вспомогательные 120-вольтовые электромоторы (номер 10) с крутящим моментом 200 Н•м каждый. Одна из главных идей всего проекта — комбинированное применение литиево-ионного аккумулятора и блока суперконденсаторов (CAP или цифра 7 на схеме вверху). Ионисторы не обладают большим запасом энергии на единицу веса, зато у них очень высокая мощность. Они питают передние электромоторы, когда возникает необходимость, например, при динамичной езде на больших скоростях.

Поскольку блок суперконденсаторов расположен под капотом как можно ближе к передним электромоторам (на рисунке), уменьшается длина и вес высоковольтной проводки, отмечают разработчики.

Кратковременно от суперконденсаторов может запитываться и основной электродвигатель. Они же берут на себя рекуперацию энергии, поскольку и принимаемая от внешних источников мощность у них тоже велика. А вот после зарядки суперконденсаторов те понемногу могут подпитывать и литиевую батарею, а она отдавать ток в нагрузку по мере необходимости. Вся эта комбинация узлов обладает низкой массой, в сравнении с другими гибридными системами, обеспечивающими полный привод, уверяют японцы.

По замыслу разработчиков, описанная гибридная схема может работать и с обычным поршневым ДВС (рядным или V-обраным) вместо двигателя Ванкеля. При этом ионисторы ставятся в развал блока. Однако в патенте сделано уточнение, что РПД предпочтительнее из-за малого веса и небольших размеров.

Добавим, что Mazda уже патентовала оригинальную схему использования маленького РПД в качестве бортового генератора (не связанного с колёсами) и неофициальные источники предсказывают внедрение такого «расширителя дальности хода» на электрокаре MX-30. О возможном воплощении в жизнь новой гибридной схемы пока ничего не слышно. Однако, памятуя о продольной компоновке нового гибрида, стоит вспомнить, что Mazda разработала заднеприводную платформу с продольным расположением ДВС.

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.

2. 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.

3. 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.

Двигатель Ванкеля: особенности и характеристики

Паровые машины, как и традиционные ДВС отличаются общим недостатком — возвратно-поступательные движения поршня должны преобразовываться во вращательные движения колес. Это и является причиной низкого КПД, высокого износа основных элементов.

Многие инженеры пытались решить эту проблему, придумав двигатель внутреннего сгорания, все детали которого бы только вращались. Однако изобрести такой агрегат смог механик-самоучка, не окончивший ни высшего, ни даже средне-специального учебного заведения.

Немного истории

В 1957 году малоизвестный механик-изобретатель Феликс Ванкель и ведущий инженер NSU Вальтер Фреде стали первыми, кто решил установить роторно-поршневой мотор на автомобиль. «Подопытным» стал на NSU Prinz. Первоначальная конструкция была далекой от совершенства. К примеру, свечи приходилось менять практически после полной разборки агрегата. К тому же, надежность мотора оставалась под сомнением, а про экономичность можно было не упоминать.

После множества испытаний концерн занялся выпуском машин с традиционным ДВС. Однако первый роторно-поршневой DKM-54 мог продемонстрировать великий потенциал.

Именно так оригинальная разновидность ДВС получил свой шанс на внедрение в производство авто. В дальнейшем он постоянно дорабатывался, однако перспективы роторно-поршневого мотора уже тогда были очевидны. РПД входит в классификацию роторных моторов как один из 5 представителей линейки.

К 80-м годам 20 века роторные двигатели Ванкеля исследовались лишь японской компанией Mazda. Еще к этому мотору проявлял внимание ВАЗ. В СССР бензин стоил достаточно дешево, а такой агрегат имел достаточно большую мощность. Однако к 2004 году производство машин с таким двигателем прекратилось. Япония стала единственной страной, в которой продолжается разработка роторного двигателя.

Есть множество разновидностей роторных агрегатов. Единственное их отличие — поверхность корпуса и число выполненных на роторе граней. Различные компоновки таких моторов применяются в авто- и судостроении.

Достоинства

Двигатель Ванкеля с момента создания имел множество выгодных преимуществ перед поршневыми моторами. Агрегат постоянно дорабатывался,что позволило повысить его экономичность и производительность.

Среди преимуществ”Ванкеля” выступают:

1. Небольшие габариты и вес. «Ванкель» практически в 2 раза меньшепоршневого ДВС, что положительно сказывается на управляемости машины, способствует оптимальному монтажукоробки передач, позволяет сделать салон намного просторнее.
2. В сравнении с двухтактным мотором, двигатель Ванкеля имеет гораздо меньше деталей. Это более выгодно с точки зрения ремонта.
3. Вдвое большая мощность, чем у стандартных ДВС.
4. Большая плавность работы — отсутствие поступательно-возвратных движений благоприятно сказывается на комфорте езды.
5. Возможность заправки низкооктановым бензином.

Все элементы мотора вращаются в одну сторону. Это улучшает внутренний баланс агрегата и снижает вибрации. «Ванкель» выдает мощность равномерно и плавно. За время пока ротор оборачивается 1 раз, выходной вал совершает 3 оборота. Каждое сгорание осуществляется за 90 фазу вращение ротора.

Это говорит о том, что роторный двигатель с 1 ротором способен выдавать мощностьза ¾ каждого поворота выходного вала. Двигатель с 1 цилиндром может выдавать мощность лишь за ¼ каждого витка выходного вала.

Недостатки

К недостаткам двигателя относятся непривычность для владельцев и механиков. Такой агрегат требует изменить многие привычки. К примеру, тормозить РПД не получится, а штурм подъемов «внатяг» обречен на неудачу. Компактный мотор обладает малой инерцией, чего не скажешь о массивных поршневых ДВС. При частыхзапусках-выключениях «забрасываются» свечи.Звук мотора некоторые автолюбители также относят к недостаткам.

Более серьезными являются органические изъяны роторно-поршневого агрегата. Во-первых, он обладает увеличенным расходом горючего. Это легко объяснить неоптимальной формой камеры, теряющей тепло через стенки. К тому же, мотор «съедает» достаточно много масла. Срок эксплуатации Ванкеля ниже, чем у стандартного ДВС —роторные уплотнениярегулярно изнашиваются.

Значительная роль отведена жесткости внешней характеристики роторно-поршневого мотора. Для управления машиной с таким двигателем требуется достаточно часто манипулировать рычагом коробки передач. Это объясняется тем, что необходим короткий передаточный ряд и увеличенное количество передач.

Идеальным вариантом является монтаж вариатора. Однако на спорткарах автоматы не приживаются, а для авто семейного типа требуется больше экономичности.

Недостатки РПД схожи с недостатками двухтактных поршневых агрегатов. Интересно, что вылечить это можно одними и теми же способами. Увеличенное потребление топлива сбивается непосредственным впрыском, нехватка эластичности — установкой изменяемых фаз. Это повышает экономичность и управляемость. Также для повышения эластичности меняется конфигурация трубопроводов. Такие изменения и были выполнены на моторе Mazda RX-8.

Как работает

Работает двигатель Ванкеляпо принципу, который достаточно просто объяснить даже несведущему в механике человеку. Агрегат обладает минимумом деталей, что позволяет быстро понять, какие системы задействуются в определенные промежутки времени.

Поршень двигателя в РПД заменяется ротором с 3 гранями, который передает силу давления сгораемых газов на вал эксцентрика.

Статор обладает эпитрохоидальной конфигурацией внутренних поверхностей. Он отличается высокой износостойкостью, поскольку имеет специальное покрытие. В вершинах ротора находятсяуплотнения, а на поверхности статораимеются выемки — они являются своеобразными камерами, в которых происходит сгорание. Вал вращается на специальных подшипниках. Они помещены на корпус. Также валоснащенэксцентриком — на нем и вращается ротор.

Шестерня вмонтирована в корпус. Она сцеплена с шестерней ротора. Взаимное действие этих шестерен создает движение ротора. Это позволяет образовать 3 камеры, которые постоянно изменяют свой объем.

Отношение передач шестерен равно 2:3, что обеспечивает один оборот вала за поворот ротора на 120 градусов. Когда ротор совершает полный оборот,все камерывыполняют четырехтактный цикл. Сгораемые газы действуют на эксцентрик вала через ротор — так возникает крутящий момент.

Между ротором и статором имеется 3 камеры. Впуск происходит, когда одна из вершин ротора начинает пересекать впускное отверстие для впрыска топлива. Объем камеры увеличивается, что заставляет смесь ее заполнить. Следующая вершина закрывает окно. Как и поршень двигателя традиционного исполнения, ротор сдавливает рабочую смесь перед воспламенением.

Она сжимается, при наибольшем сжатии в камере возникает искра. В результате осуществляется рабочий ход. После выпускное окно под давлением отработавших газов открывается, и они покидают камеру.

При одном обороте ротора двигатель совершает 3 цикла — это делает ненужным применение уравновешивающих устройств.

В рабочем процессе есть слабые звенья. Первое — повышенная нагрузка на уплотнения, а второе — избыток динамического перекрытия фаз.Не является оптимальной и конфигурация камеры сгорания. Однако есть и положительный момент — если повышать обороты, скорость распространения факела пламени увеличивается быстрее, чем перетекает топливная смесь.

Это позволяет применять для РПД бензин с пониженным октановым числом. Принцип работы Ванкеля достаточно прост, что в свое время привлекло к изобретению внимание многих производителей авто.

Интересные факты

Не каждый автолюбитель знает, что Ванкель является одним из 5 подтипов в классификации роторных моторов.

Компактность, оборотистость, высокая производительность — не этого ли добиваются практически все производители мотоциклов? Однозначно, это так. Однако роторный мотор в мотомире таки не прижился. Все ставки делаются на классические поршневые двигатели.

Однако в истории производства мотоциклов существовало несколько исключений. К примеру, в 1974 году Hercules выпускает массовую серию Wankel, которые оборудованы двигателем KC-27. Это были роторные агрегаты, которые оснащались воздушным охлаждением. Двигатель имел объем294 куб. см. Мощность агрегатов составляла 25л.с. Для смазки агрегата, масло нужно было самостоятельно заливать в топливный бак.

В начале1980 роторный мотор использовали для оснащения мотоциклов Norton. Несмотря на то, что опытные прототипы таких двигателей появились еще в 1970-х.Инженеры Norton успешно внедрили РПД в спорт. К концу 80-х им не было равных.

Сегодня компания производит 588-кубовую модельдвумя роторами NRV588. Также инженерами Norton ведется разработка 700сс версии, которая называется NRV700. Она представляет собой мощный спортбайк, оснащенный инжекторным 170-сильным двигателем Ванкеля.

Как видно, эпоха роторных моторов еще не наступила. Поршневые системы так и остались лидирующими в сфере авто- и мотостроения. Обладатели байков с роторными двигателями могут образовать лишь небольшой круг фанатов Ванкеля. Возобновившийся интерес к «Ванкелю» компании Norton говорит о скором подъеме разработок и достижений в этой сфере.

Одной из причин, по которым двигатель не производится для оснащения автомобилей и мотоциклов — необходимость точного оборудования при его производстве. Малейший брак становится причиной выхода мотора из строя. Это пока не позволяет роторному агрегату заменить поршневой двигатель даже в узкихотраслях производства.

«Запорожец» обгоняет «Мерседес»

Можно ли обогнать на «Запорожце» или «Жигулях» — «Мерседес»? Оказывается, можно, только для этого в малолитражном автомобиле должен стоять не обычный поршневой, а инновационный роторный двигатель, предложенный Феликсом Ванкелем (Felix Wankel). Такие двигатели одно время устанавливались на советские и российские модели. И некоторые «Жигули» с двигателем Ванкеля обгоняли и сейчас обгоняют «Мерседесы».

Все изучали в школе, что автомобиль едет благодаря двигателю внутреннего сгорания. В двигателе есть цилиндры, внутрь цилиндров подается топливо, оно сгорает и толкает поршень. Поршень движется вверх и вниз. Движение каждого из поршней неравномерно и, чтобы автомобиль двигался плавно, цилиндров должно быть не менее четырех. Цилиндры соединяются с коленчатым валом, топливо в них подается попеременно. Поршневой двигатель внутреннего сгорания прекрасно зарекомендовал себя, он наиболее разработанный и надежный. Но у него есть существенные недостатки: он громоздкий, часть энергии тратится зря, так как поршни, двигаясь вверх-вниз, останавливаются, теряя энергию. Кроме того, чтобы динамично набирать скорость, поршневой двигатель должен иметь большой объем, поэтому быстрые машины дороги.

Динамичность роторного двигателя Ванкеля уникальна: установленный на «Жигулях», он позволяет обгонять со светофора иномарки бизнес-класса.

Есть ли альтернатива? Да, есть. Уже несколько десятилетий разрабатывается принципиально другой двигатель внутреннего сгорания. Его придумал немецкий инженер Феликс Ванкель (Felix Wankel). Двигатель Ванкеля называют также роторным двигателем. Вместо поршней и цилиндров двигатель Ванкеля имеет два ротора в форме треугольников с выпуклыми сторонами. Роторы непрерывно вращаются, сохраняя энергию вращения. При этом они засасывают топливную смесь, сжимают ее, смесь воспламеняется и выбрасывается наружу.

Более простая конструкция

Конструкция роторного двигателя проще поршневого, она очень изящна. Ему не нужна сложная система клапанов поршневого двигателя для впуска топливной смеси и выпуска выхлопных газов. Двигатель Ванкеля гораздо компактнее и легче, обычно у него два ротора, которые в серийных двигателях разгоняются даже до десяти тысяч оборотов в минуту. Для поршневых двигателей обычно предельная скорость вращения — шесть тысяч оборотов в минуту. Ход роторного двигателя очень плавный. И самое главное: динамичность двигателя Ванкеля. Установленный, например, на 8 или 9 модели «Жигулей», он позволяет обгонять со светофора иномарки бизнес-класса, которые дороже «Жигулей» в десять раз, а форсированный роторный двигатель оставляет позади и ведущие спортивные модели.

Устраняемые недостатки

Почему же двигатель Ванкеля не распространился повсеместно? Дело в том, что первые роторные двигатели были неэкономичными, неэкологичными и не очень надежными. И дело тут не в каких-то принципиальных изъянах конструкции, просто над совершенствованием двигателя Ванкеля ученые и инженеры работали гораздо меньше: такими же ненадежными и неэкономичными были в свое время первые поршневые двигатели. Забегая вперед, скажем, что японские инженеры из компании «Мазда» уже сейчас создали надежный серийный двигатель Ванкеля «Ренезис» для спортивных автомобилей «Мазда RX8», который удовлетворяет самым высоким экологическим требованиям стандарта «Евро-4», при этом расход топлива у них не больше, чем у спортивных моделей.

Судьба роторных двигателей в России

Интересна и поучительна судьба роторных двигателей у нас. Об этом рассказывает один из конструкторов двигателя Сергей Мясищев: «В 1974 году приказом генерального директора автомобильного завода «ВАЗ» Полякова Виктора Николаевича, светлая ему память, было создано специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей. Задача, весьма амбициозная, состояла в создании двигателя для автомобилей «ВАЗ», с последующей заменой на конвейере поршневого двигателя на роторный. Проходили командировки в Германию для изучения производства роторного двигателя, были изготовлены опытные, работоспособные образцы. Но для производства, конечно, этот двигатель был не готов. Была выпущена небольшая партия для эксплуатационных испытаний. Вы помните, что в то время автомобили были в большом дефиците. Хотя машины с роторным двигателем и раскупили, но было много рекламаций. Затем ситуация была проанализирована, найдено применение этому двигателю — место, где он мог лучше всего использоваться. Тогда эксплуатация позволила без проблем провести доводочные работы. В то время был спроектирован двигатель более мощный, чем наш — мощностью 120 лошадиных сил, использовавшийся для спецавтомобилей силовых структур, с высокими динамическими качествами».

Мощный и компактный

Главное преимущество роторного двигателя в том, что он быстро разгоняется и занимает меньший объем моторного отсека при той же мощности. «Без изменений конструкции моторного отсека в стандартную 5, 7, или 11 модель устанавливался двигатель мощностью до 140 л.с. В то же время изучался спектр применения этого двигателя, потому что первые неудачи заставили задуматься, а правильно ли мы применяем двигатель. И вот тогда была проделана большая работа, чтобы определить области применения. Были сделаны двигатели для авиации, подвесные лодочные двигатели, двигатели для амфибийных судов на динамической подушке, для экранопланов, для мотоцикла. В Ижевске был изготовлен мотоцикл, он прошел определенные испытания. Первоначально этот мотоцикл был заказан как эскортный мотоцикл для Кремля», — говорит Сергей Мясищев.

Так родилась и умерла еще одна утопия — перевести все модели «Жигулей» на двигатель Ванкеля. Однако разработчиками были достигнуты оригинальные результаты в создании роторных двигателей, а советские спецслужбы получили несколько сотен крайне быстрых специальных «Жигулей». С распадом Советского Союза разработка двигателей Ванкеля в России затормозилась. Хотя в конце 90 годов «АвтоВАЗ» выпустил небольшую партию обычных «Жигулей» с роторным двигателем.

Приятные особенности эксплуатации

Обладателем подобного редкого образца стал директор торгового дома «Три на три» Дмитрий Мнушкин: «Нужно сказать, что мы явились счастливыми обладателями автомобиля из той партии переднеприводных машин, о которых говорил Сергей Филиппович. Эксплуатация его идет с 99 года. Что можно отметить? Этот автомобиль дает уникальные ощущения при его эксплуатации. Возможности роторного двигателя позволяют иметь преимущество перед многими иностранными автомобилями, что приводит на дорогах довольно часто к курьезам. Динамика автомобиля, оснащенного таким мотором, в корне отличается от динамики серийной машины и такой прыти от нее никто не ожидает, в этом и конек. Мощность двигателя моей машины 170 л.с., при этом она разгоняется до ста километров в час порядка шести с небольшим секунд. При том что спортивная версия разгоняется до ста за 4,1 секунды. Надо отметить, что этот двигатель благодарно относится к тюнингу, дает широкие возможности в области настроек: можно получать хорошие результаты доступными средствами».

О спортивных возможностях двигателя Ванкеля рассказывает Владимир Каблуков, учредитель фирмы «Три на три»: «Существует такой вид спорта — под названием «дрэг-рейсинг»: это парные заезды на 402 метра. В разных странах, где проводятся подобные гонки, имеются разные регламенты: где-то применяется олимпийская система «на вылет», где-то — квалификация по времени. Кубок России 2005 года имел гибридную форму. До четвертьфинала была система отбора по времени, а после — олимпийская система. Наша машина легко дошла до финала. Мы взяли в трех этапах первые места, кубки, медали».

Достижения «Мазды»

На гонках в Лимане компания «Мазда», которая продвигает двигатель Ванкеля, добилась большого преимущества. Это были круглосуточные кольцевые гонки. «После этого спортивные комиссары приняли регламент, который запрещает применять автомобили с невозвратно-поступательно двигающимися поршнями. «Мазда», можно сказать, спасла роторный двигатель от забвения, она его довела до того состояния, когда сегодня нужно переписывать часть учебников по автомобильным двигателям, где написано, что этот двигатель — бесперспективный по выполнению норм токсичности, в частности. RX8 выполняет нормы «Евро-4». Это самые высшие нормы, которые сегодня существуют. Сегодня это реальный двигатель массового производства. Инженеры «Мазды» проявили настойчивость, невзирая на общую тенденцию в мировой экономике. Эта фирма нашла в себе силы, чтобы сохранить и усовершенствовать эту тему. Они прошли большой путь и сегодня могут гордиться тем продуктом, который они выставили на рынок. Сегодня, когда рынок насыщен всевозможными автомобилями, эта фирма предлагает совершенно оригинальный двигатель, который, кроме нее, никто предложить не может. Я надеюсь, что мы тоже в ближайшее время сможем предложить нашим потребителям роторный двигатель, но в нашем исполнении, естественно, с учетом наших возможностей и технологических нюансов», — утверждает Сергей Мясищев.

История российских роторных двигателей продолжается. В настоящее время работы по созданию серийной модели двигателя Ванкеля совместно с «АвтоВАЗом» ведет компания «Интер-Волга». Роторные двигатели нового поколения российской разработки, возможно, скоро появятся на некоторых моделях ВАЗ-2110. Модернизированные двигатели планируется применять в легкомоторной авиации, а также ставить на катера и моторные лодки.

Кинематический и динамический анализ основного механизма двигателя Ванкеля на основе его векторной модели Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.ПД) Ванкеля, обладающие более компактными размерами при той же литровой мощности, что и двигатели классического образца (в 1,5-2 раза меньше габаритные размеры и на 35-40 % меньше число деталей), также представляют интерес иссле-

дования, в том числе и в плане сравнения их кинематики и динамики с классическим ДВС. Проведём данное исследование, используя метод математического моделирования векторных замкнутых контуров, который достаточно подробно освещён в работе [1]. Основу метода составляют векторные замкнутые контуры, описывающие структуру механизмов в виде векторов и позволяющие получить решение задач анализа и синтеза механизмов.

На рис. 1,а представлена структурная схема РПД Ванкеля, а на рис. 1,6 — замещающая его рычажная схема, необходимая для преобразования структурной схемы РПД в

векторную модель.

Преобразуем замещающую рычажную схему фис. 1,6) в векторную модель фис. 2,а). Параметрическая формула данной векторной модели представлена на рис. 2,6. Кроме того, необходимо учесть, что в РПД используется зубчатое соединение с передаточным отношением 3. Поэтому поворот звена 0201 в три раза больше поворота звена А02, что учиты-

вается заданием связи между углом поворота вектора 4 от угла поворота вектора 3 фис. 2,6). Модель на рис. 2,а достаточна для кинематического исследования РПД Ванкеля, то для динамического анализа необходимо описание точек приложения нагрузок, центров масс. Поэтому применим расширенную векторную модель, представленную на рис. 3.

а) б)

Рис. 2. Векторная модель (а) РПД Банкет и параметрическая формула (б)

Рис. 3. Расширенная векторная модель РПД Ванкеля 70

Параметрическая формула расширенной векторной модели представлена на рис.>а-ектория их движения показана на рис. 5.

С

Н1 = 4 Н2 = 4

( 4, з, г. и ( 4, 7, 6, 5)

Пл2 ( L1 L2 ) Пл2 ( L5 L 6 )

]

ИЗ = 4 ( 4 г 10 , 9, 8) Пл2 ( L8 L9 )

И 4 = 5 ( 1, 2,11, 7, 4) Пл1 ( L11 АН)

HS = 5 5, 6,12,10, 4) Пл1 ( L12 ¿12)

Нб = 5 8, 9,13, 3, 4) Пл1 < L13 ¿13)

¿14 = А13 + 0,00

¿18 = ¿13 — 90,00

Рис. 4. Параметрическая формула расширенной векторной модели

•0.43526

Рис. 5. Траектории движения точек АиБ расширенной векторной модели РПД

На рис. 6 представлены графики изменения координат точки В и их производные в зависимости от угла поворота ротора.

Сравним динамические характеристики РПД Ванкеля и кривошипно-ползунного основного механизма ДВС, сопоставимого с ним по габаритам фис. 7,а), на основе его векторной модели (рис. 7,6).

Для этого, с использованием дополнительного расчётного блока в КДАМ, была получена индикаторная диаграмма (рис. 8).

Введя в КДАМ векторную модель (рис. 7,6) и дополнив её силами от индик-торной диаграммы и массовыми характеристиками, проведём исследование изменения уравновешивающего момента с ростом

Рис.ината уточки В; ¥16 — скорость изменения координаты х точки В; ¥17 — скорость изменения координаты уточки В; Ш16 — скорость изменения координаты х точки В; Ш17 — скорость изменения координаты у точки В

Рис. 7. Структурная схема (а) и векторная модель (б) кривошипно-ползунного основного механизма ДВС

72

числа оборотов, для числа оборотов от 60 об/мин до 10000 об/мин. Совмещённый график полученных уравновешивающих моментов приведён на рис. 9.

Для РПД Ванкеля в качестве активной нагрузки также используем индикаторную диаграмму с рис. 8, что является определенным упрощением, но проведения анали-

за динамики в первом приближении достаточным. Рассмотрим изменение уравновешивающего момента с ростом числа оборотов двигателя. этого проведём расчёт динамики векторной модели РПД для числа оборотов от 60 об/мин до 10000 об/мин.ассики». В «родном» термодинамическом цикле РПД Ванкеля проходит активную фазу горения в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала, в отличие от одноцилиндрового поршневого двигателя, который проходит фазу горения только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала.

Но у РПД Ванкеля есть и недостатки. Особенности геометрического профиля рабочего цилиндра РПД Ванкеля позволяют незначительно увеличивать потребную литровую мощность при радиальном увеличении габаритов двигателя, и его увеличение приходится производить за счёт увеличения осевого габарита, что приводит к большей площади рабочего цилиндра и росту линейного контакта в уплотнениях. Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм вызывает давление между

Рис. 8. Индикаторная диаграмма

Мур, Нм

Рис. 9. Совмещенный график уравновешивающего момента за рабочий цикл классического ДВС

Рис. 10. Совмещенный график уравновешивающих моментов за один рабочий цикл

трущимися поверхностями и в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя при небольшом пятне контакта уплотнителей. Следствием этого противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, гак следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа. Высокие требования к исполнению деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

Вывод: РПД Ванкеля по сравнению с классическим ДВС имеет более оптимальные и сбалансированные динамические характеристики при более компактном размере, но

эффективность этого серьёзно снижается за счет возрастания сложности конструкции и производства, потерь в уплотнениях, больших потерь на теплоотдачу невозможности получения двигателей больших мощностей без увеличения потерь на трение и площади уплотнений.

Библиографический список 1. Семенов, Б. П. Методы и средства динамического синтеза механизмов авиационных энергоустановок [Текст] / Б. П. Семенов, Б. Б. Косенок — Самара: Самар. науч. центр РАН, 2010. — 281 с.

References 1. Semyonov, B.P. Methods and tools for dynamic synthesis of mechanisms for aircraft power systems [Text] / B. P. Semyonov, B. B. Kosenok / Samara: Samara Scientific Center of RAS, 2010. — 281 p.

KINEMATIC AND DYNAMIC ANALYSIS OF THE BASIC MECHANISM OF THE WANKEL ENGINE, BASED ON ITS VECTOR MODEL

© 2011 B. B. Kosenok

Samara StateAerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University)

The description of Wankel engine, its block diagram and vector model are given in the paper. Comparative analysis of the dynamics of Wankel engine and the slider-crank mechanism of a «classical» internal combustion engine is carried out.

Rotary-piston engine, the Wankel, kinematics, dynamics, modeling of vector paths.

Информация об авторе Косенок Борис Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры основ конструирования машин, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: [email protected]. Область научных интересов: метода исследования и композиция механизмов.

Kosenok Boris Borisovitch, candidate of technical science, associate professor of the department of the basics of designing of machine», Samara StateAerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University). E-mail: [email protected]. Area of research: methods of research and composition of mechanisms.

Малый двигатель впечатляет | MIT News

Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность являются недостатками поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.

Но теперь стартап из Массачусетского технологического института LiquidPiston разработал роторный ДВС, который, по его словам, значительно меньше, легче и тише, а также на 20 процентов более экономичен, чем ДВС, используемые во многих подобных устройствах с малым объемом двигателя.

«Если вы думаете о ручных инструментах — например, о цепной пиле или кусторезе — примерно через полчаса вы больше не хотите им пользоваться, потому что ваша рука кажется, что он вот-вот упадет», — говорит Александр Школьник, доктор философии. ’10, президент LiquidPiston и соавтор двигателя. «В нашем двигателе совсем нет вибрации, и он намного тише. Это должно быть намного приятнее для пользователей ».

Двигатель LiquidPiston объемом 70 кубических сантиметров, X Mini, выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об / мин; при весе 4 фунта он также примерно на 30 процентов меньше, чем четырехтактные поршневые ДВС с объемом двигателя 50 кубических сантиметров, которые он намерен заменить.По словам Школьника, в полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и ​​весить 3 фунта.

Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), разработанному Школьником и его отцом-физиком Николаем, который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и избыточное расширение для большего извлечения энергии. По словам Школьника, с двумя движущимися частями, ротором и валом, и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель также имеет пониженные характеристики шума, вибрации и резкости.

Первыми приложениями будут портативные устройства для газонов и сада, говорит Школьник. Но двигатель можно масштабировать и модифицировать для других приложений, включая мопеды, дроны, судовое силовое оборудование, робототехнику, расширители диапазона и вспомогательные силовые агрегаты для лодок, самолетов и других транспортных средств. Компания также продемонстрировала концепцию высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений. Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.

«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 270-фунтовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник. «Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 15-фунтовое устройство, для них это будет довольно революционно».

Школьник представил доклад о X2 и X Mini 19 ноября на конференции и выставке по технологиям малых двигателей 2014 года в Италии.

Обратный двигатель Ванкеля

X Mini — это, по сути, модернизация конструкции и эффективности компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.

В машине Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, причем каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу. В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.

«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь мы можем выполнить этот новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля» для небольших двигателей, — говорит Школьник.

В двигателе Ванкеля, например, используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что способствует плохой экономии топлива — поскольку пламя не может достичь задних краев камеры и гасится из-за большой площади поверхности камеры. . Камера сгорания X Mini более округлая и толстая, поэтому пламя горит на меньшей площади.

Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два отверстия в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях, — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока давление не исчезнет, ​​что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива. Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.

«Топливо в двигателе сжигается очень долго, — говорит Школьник. «В большинстве двигателей к тому времени, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так намного эффективнее.

Кроме того, на X Mini были перемещены уплотнения верхушки, что привело к снижению расхода масла. У Ванкельса уплотнения вершины соединяются с краями треугольного ротора, где они скользят и перемещаются.Смазка их требует подачи в топливовоздушную смесь большого количества масла, которое горит и протекает, что увеличивает выбросы и расход масла. Однако в X Mini эти уплотнения расположены в корпусе треугольной формы, который остается на месте. «Теперь мы можем подавать крошечные количества масла через стационарный корпус, ровно столько, сколько нужно уплотнению, при этом вы не сжигаете масло и не теряете его в окружающей среде», — говорит Школьник.

«Дорожная карта» LiquidPiston

Интерес к робототехнике и искусственному интеллекту привел Школьника в Массачусетский технологический институт в 2003 году в качестве аспиранта по электротехнике и информатике.В том же году Николай Школьник подал свой первый патент HEHC, а его сын узнал о конкурсе MIT Entrepreneurship Competition стоимостью 50 тысяч долларов (сейчас 100 тысяч долларов) в классе, посвященном техническому предпринимательству. Они объединились со студентами школы менеджмента им. Слоуна Массачусетского технологического института, чтобы создать бизнес-план и представить двигатель HEHC на конкурсе 2004 года, где они забрали домой приз за второе место в размере 10 000 долларов для запуска LiquidPiston.

Сам конкурс оказался полезным для предпринимателей, отцов и сыновей, у которых на тот момент еще не было опыта стартапов.При составлении подробного бизнес-плана и изучении того, как объяснить свои технологии инвесторам, «он действительно показал нам план действий, и мы были вынуждены много обдумывать проблемы, с которыми нам предстояло столкнуться», — говорит Школьник.

В течение следующих шести лет Школьник помогал своему отцу разработать двигатель LiquidPiston из семейного гаража, используя навыки, которые он оттачивал в группе Robot Locomotion при Массачусетском технологическом институте, возглавляемой Расселом Тедрейком, доцентом электротехники и информатики.«Это было много оптимизации, контроля, моделирования и моделирования», — говорит он. «Все те же самые методы применимы к проектированию двигателя».

Школьник приписывает большую часть разработки LiquidPiston расширенному сообществу MIT. Во время розыгрыша 50 тысяч долларов венчурный капиталист Билл Фрезза ’76, SM ’78 был наставником команды; его фирма тогда стала одним из первых инвесторов. Члены команды MIT Sloan Брайан Роуган, MBA ’05, Дженнифер Эндрюс Берк, MBA ’05, и Викрам Сани, MBA ’05, провели исследование рынка, написали бизнес-план, работали над развитием бизнеса и представили компанию инвесторам.

Наставники из Venture Mentoring Service (VMS) Массачусетского технологического института, в том числе покойный Дэйв Сталин, основавший VMS, также руководили развитием LiquidPiston, предлагая советы по разработке продуктов, найму и поиску венчурного капитала. (На данный момент компания заработала более 15 миллионов долларов на финансирование.)

В 2006 году, после анализа десятков итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на производство первого прототипа дизельного двигателя. (Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.)

В связи с многочисленными отзывами производителей силового оборудования, призывающими к более легким, тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев. Компания вызвала интерес потенциальных клиентов и ведет переговоры с производителями двигателей, заинтересованных в лицензировании технологии X Mini.

«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, — объясняет Школьник, — X Mini может позволить использовать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими двигателями или аккумуляторными технологиями.”

В начале следующего года компания планирует провести конкурс, чтобы узнать у общественности идеи, касающиеся этих новых применений X Mini. «Мы хотим, чтобы творческие соки текли и открылись для более широкого сообщества, чтобы увидеть, есть ли что-нибудь интересное», — говорит Школьник.

Изобретатель роторного двигателя Феликс Ванкель родился

Немецкий инженер Феликс Ванкель, изобретатель роторного двигателя, который будет использоваться в гоночных автомобилях, родился 13 августа 1902 года в Ларе, Германия.

Ванкель, как сообщается, придумал основную идею нового типа бензинового двигателя внутреннего сгорания, когда ему было всего 17 лет. В 1924 году Ванкель основал небольшую лабораторию, где он начал исследования и разработку двигателя своей мечты, который мог бы обеспечивать впуск, сжатие, сгорание и выхлоп во время вращения. Он привнес свои знания в области поворотных клапанов в свою работу с Немецким институтом авиационных исследований во время Второй мировой войны и в ведущую немецкую мотоциклетную компанию NSU Motorenwerk AG, начиная с 1951 года.Ванкель завершил свою первую конструкцию роторно-поршневого двигателя в 1954 году, а первый блок был испытан в 1957 году.

В других двигателях внутреннего сгорания движущиеся поршни выполняли работу по запуску процесса сгорания; в роторном двигателе Ванкеля этой цели служил вращающийся ротор в форме изогнутого равностороннего треугольника. Меньшее количество движущихся частей позволило создать двигатель с плавной работой, который был легким, компактным, недорогим и требовал меньшего количества ремонтов. После того, как NSU официально объявило о завершении роторного двигателя Ванкеля в конце 1959 года, около 100 компаний по всему миру поспешили предложить партнерские отношения, которые позволят внедрить двигатель в их продукцию.Mazda, японский автопроизводитель, подписала официальный контракт с NSU в июле 1961 года после получения одобрения от правительства Японии.

В попытке поэкспериментировать с роторным двигателем и усовершенствовать его для использования в своих транспортных средствах, Mazda создала в 1963 году исследовательский отдел RE (Rotary Engine). Cosmo Sport, выпущенный Mazda в мае 1967 года, был первым на планете двойным двигателем. роторный роторный двигатель автомобиля. Благодаря футуристическому стилю и превосходным характеристикам Cosmo поразил автолюбителей во всем мире. Mazda начала устанавливать роторные двигатели на свои седаны и купе в 1968 году, и эти автомобили попали в категорию U.S. market в 1971 году. После глобального нефтяного кризиса 1973-74 годов Mazda постоянно работала над улучшением своих роторных двигателей для повышения топливной экономичности, и к концу того десятилетия ее спортивные автомобили стали популярными как в Европе, так и в Европе. Соединенные Штаты Помимо Mazda, ряд других компаний лицензировали двигатель Ванкеля в 1960-х и 1970-х годах, в том числе Daimler-Benz, Alfa Romeo, Rolls Royce, Porsche, General Motors, Suzuki и Toyota.

Тем временем Ванкель продолжил свою собственную работу с роторно-поршневым двигателем, основав свое собственное исследовательское учреждение в Линдау, Германия, в середине 1970-х годов.В 1986 году он продал институт за 100 миллионов немецких марок (около 41 миллиона долларов) компании Daimler Benz, производителю Mercedes. Ванкель подал новый патент только в 1987 году; в следующем году он умер после продолжительной болезни.

Как работает двигатель Ванкеля? — MechStuff

Больше никаких скучных представлений, давайте начнем и разберемся, как работает двигатель Ванкеля и что это такое!

История: —
Первый двигатель Ванкеля был разработан немецким инженером — Феликс Ванкель .Ванкель получил свой первый патент на двигатель в 1929 году.
Однако конструкция двигателя Ванкеля, используемая сегодня, разработана Ханнсом Дитером Пашке , который он использовал для создания современного двигателя!

Двигатель Ванкеля: —

Двигатель Ванкеля — это двигатель внутреннего сгорания, в отличие от поршневого цилиндра. В этом двигателе используется эксцентриковая конструкция ротора, которая напрямую преобразует энергию давления газов во вращательное движение. В системе поршень-цилиндр поступательное движение поршня используется для преобразования во вращательное движение коленчатого вала.
По сути, ротор вращается просто в корпусах, имеющих форму толстой восьмерки .

Части механизма Ванкеля: —

Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.

Ротор: — Ротор имеет три выпуклые поверхности, которые действуют как поршень. 3 угла ротора образуют уплотнение снаружи камеры сгорания. Он также имеет внутренние зубья шестерни в центре с одной стороны. Это позволяет ротору вращаться вокруг фиксированного вала.
Корпус: — Корпус эпитрохоидальной формы (примерно овал).Корпус имеет продуманную конструкцию, так как 3 вершины или угла ротора всегда находятся в контакте с корпусом. Впускной и выпускной патрубки расположены в корпусе.
Впускное и выпускное отверстия: — Впускное отверстие позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а отработавшие газы выводятся через выпускное / выпускное отверстие.
Свеча зажигания: — Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, которая воспламеняет топливовоздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.
Выходной вал: — Выходной вал имеет эксцентриковых кулачков , установленных на нем, что означает, что они смещены на относительно оси
оси вала . Ротор не вращается в чистом виде, но нам нужны эти эксцентрические выступы для чистого вращения вала.

Примечание: — Выходной вал — вещь, которую нельзя полностью объяснить словами. Довольно сложно представить его вклад в работу. эта ссылка на видео может помочь вам понять это.

Рабочий: — Анимация двигателя Ванкеля.

Впуск: —
Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежая смесь начинает поступать в первую камеру. Камера всасывает свежий воздух, пока вторая вершина не достигнет впускного отверстия и не закроет его. В настоящий момент свежая топливовоздушная смесь запаяна в первую камеру и отводится на сжигание.

Сжатие: —
Первая камера (между углом 1 и углом 2), содержащая свежий заряд, сжимается из-за формы двигателя к тому времени, когда она достигает свечи зажигания.
При этом новая смесь начинает поступать во вторую камеру (между углом 2 и углом 3).

Четыре такта двигателя с пронумерованными углами.

Сгорание: —
При воспламенении свечи зажигания сильно сжатая смесь взрывоопасно расширяется. Давление расширения толкает ротор вперед. Это происходит до тех пор, пока первый угол не пройдет через выхлопное отверстие.

Выхлоп: —
Когда пиковый угол ИЛИ 1 проходит через выхлопное отверстие, горячие газы сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из порта.
По мере того, как ротор продолжает двигаться, объем камеры продолжает уменьшаться, вытесняя оставшиеся газы из порта. К тому времени, когда угол 2 закрывает выпускное отверстие, угол 1 проходит мимо впускного отверстия, повторяя цикл.

Пока первая камера выпускает газы, вторая камера (между углом 2 и углом 3) находится под давлением . Одновременно камера 3 (между углом 3 и углом 1) всасывает свежую смесь .
В этом прелесть двигателя — четыре последовательности четырехтактного цикла, которые происходят последовательно в поршневом двигателе, происходят одновременно в двигателе Ванкеля, вырабатывая мощность в непрерывном потоке.

Преимущества: —

1. Двигатель Ванкеля имеет очень мало подвижных частей; намного меньше, чем 4-тактный поршневой двигатель. Это делает конструкцию двигателя более простой, а двигатель — надежным.
2. Это примерно 1/3 размера поршневых двигателей , обеспечивающих такую ​​же выходную мощность.
3. Может развивать более высокие обороты в минуту, чем поршневой двигатель.
4. Двигатель Ванкеля весит почти 1/3 веса поршневого двигателя , обеспечивая такую ​​же выходную мощность.Это приводит к более высокому соотношению мощности к весу.

Недостатки: —

1. Поскольку каждая секция имеет разницу температур, расширение материала корпуса в разных регионах разное. Поэтому ротор иногда не может полностью герметизировать камеру в области высоких температур.
2. Горение идет медленно, поскольку камера сгорания длинная, тонкая и подвижная. Следовательно, может существовать вероятность того, что свежий заряд разрядится, даже не сгорая.
3. Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов, требования по выбросам трудно выполнить.

Связанные

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Ну, вначале первый инженерный подход заключался в получении архитектуры двигателя, отличной от таковой у 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 последовательности срабатывания поршня). 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 вызвала проблему с охлаждением, особенно при работе в неподвижном состоянии, поскольку блок цилиндров не получал достаточного воздушного потока. Решение этой проблемы с охлаждением пришло в виде реверсирования роли вращающейся детали из ансамбля, что означало, что коленчатый вал теперь 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 годов роторные двигатели (которые находили применение в основном в авиастроении) устарели, и интерес к дальнейшим разработкам двигателей этого типа резко упал. Но не все было потеряно для роторного двигателя, 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 напряжений 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 большего зубчатого колеса с внутренними зубьями. При повороте внутреннего зубчатого колеса 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, при этом центральный ротор последовательно выполняет 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 со скоростью 3000 об / мин, ротор будет работать только со скоростью 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 отношение между максимальным объемом и минимальным объемом.

Мы рекомендуем вам внимательнее изучить схемы и трехмерное анимационное видео Мэтта Риттмана в конце руководства, чтобы лучше визуализировать и понять режим работы двигателя Ванкеля. Достоинства и недостатки двигателя Ванкеля
Первое, что в пользу двигателя Ванкеля — его малый размер и облегченная 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 компоновка оказалась более плавной, чем поршневой двигатель V8.

Другими преимуществами роторного двигателя внутреннего сгорания являются простая конструкция, надежность и долговечность .Из-за отсутствия поршней, штоков, исполнительного механизма клапана, ремня газораспределительного механизма и коромысла двигатель легче построить, и для него требуется гораздо меньше 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 от этой скорости. Недостатки
двигателя Ванкеля включают несовершенное уплотнение на концах 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 потоке выхлопных газов, 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 коробку передач с двигателем Ванкеля, а три года спустя — первый в мире пикап с роторным двигателем.

После внедрения шестипортовой 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 позволяла снизить расход 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, который расшифровывается как GENESIS RE (Rotary Engine). 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 обеспечивает значительные улучшения с точки зрения топливной экономичности и 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 двигатель на водороде 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 отметил 40-летие разработок двигателя Ванкеля.

Роторный двигатель внутреннего сгорания RENESIS следующего поколения уже находится в разработке 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 в отношении 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 Mazda Wankel | Как работает роторный двигатель

Мы не видели последнего вращающегося треугольника.

Еще в марте Мартин тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, повсюду зажигал редукторы, когда он сказал голландскому изданию автомобильных новостей ZERauto, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.

В частности, тен Бринк сказал, что роторный двигатель может стать расширителем запаса хода для электромобиля в 2019 году, и пока это всего лишь слухи.Mazda Motor of America не будет обсуждать и подтверждать комментарии десяти Бринка, сообщая нам только, что «Mazda не объявила о каких-либо конкретных продуктах с роторным двигателем в настоящее время. Однако Mazda продолжает работать над технологиями роторных двигателей ».

Так что же такого особенного в этом легендарном двигателе, который так взволновал всех своим возвращением? И почему на этот раз все может быть иначе?

Как это работает

Getty Images

Роторный двигатель — это бочкообразный двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют многие основные детали, которые можно найти в обычном поршневом двигателе.Во-первых, здесь нет поршней, которые поднимаются и опускаются. Скорее округло-треугольные роторы — чаще всего два, но иногда один или три — вращаются вокруг вала через полый цилиндр.

Топливо и воздух закачиваются в пространства между сторонами роторов и внутренними стенками ствола, где они воспламеняются. Быстрое расширение взрывающихся газов вращает роторы, генерируя таким образом энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель легче и меньше, чем поршневой двигатель эквивалентного рабочего объема.

Базовая конструкция — вековая. Сам Феликс Ванкель был немецким инженером, который в 1920-х годах придумал свою версию роторного двигателя. Однако, будучи занятым разжиганием войны от имени нацистской партии, у него не было возможности развить свое видение слишком далеко до 1951 года, когда немецкий автопроизводитель NSU пригласил его разработать прототип.

Сложная конструкция Ванкеля фактически проиграла более простому прототипу, разработанному инженером Хансом Дитером Пашке, которого NSU также пригласил, чтобы попытаться раскрыть оригинальную концепцию Ванкеля.Двигатель Пашке — это двигатель, которым Mazda станет обладать и станет лидером в 21 веке. Таким образом, современный Ванкель — это не совсем Ванкель.

Getty Images

Помимо перечисленных проблем, Ванкель является наиболее распространенной и успешной конструкцией роторного двигателя, и единственной, которая была запущена в серийное производство. Еще в начале 60-х у NSU и Mazda было дружеское совместное соревнование по продаже первого автомобиля с двигателем Ванкеля, поскольку они исправляли недостатки незрелого дизайна.NSU была первой компанией, которая вышла на рынок в 1964 году, но в течение следующего десятилетия она разрушила свою репутацию, поскольку частые отказы двигателей снова и снова отправляли владельцев в магазин. Вскоре нередко можно было найти NSU Spider или Ro 80 с тремя или более двигателями.

Проблема заключалась в уплотнении на вершине — тонких полосах металла между концами вращающихся роторов и корпусами ротора. НСУ сделало их из трех слоев, что привело к неравномерному износу, из-за которого они стали гранатометами. Mazda придумала уплотнения вершины, сделав их из одного слоя, и представила свой Wankel в роскошном спортивном автомобиле Cosmo 1967 года.

В начале 70-х Mazda представила себе целую линейку автомобилей с двигателями Ванкеля, мечту, которая была разбита нефтяным кризисом 1973 года. Но роторный двигатель стал единственной силовой установкой для трех поколений спортивных Mazda RX-7 с 1978 по 2002 год, когда двигатель Ванкеля почитали и осуждали.

Любят и ненавидят

Популярная механика

Редукторы

любят ротор отчасти потому, что он другой.Автолюбители всегда питали слабость к двигателю, который, если не считать внутреннего сжигания бензина, едва ли похож на обычный поршневой двигатель. Роторный двигатель выдает мощность линейно до 7000 или 8000 об / мин, в зависимости от характеристик двигателя, и этот плоский диапазон мощности отличает его от поршневых двигателей с оптимальным числом оборотов, которые слишком часто расходуют мощность на высоких оборотах, чувствуя себя безжалостно на низких оборотах.

Автопроизводителям также понравился поворотный механизм за его плавность. Роторы, вращающиеся вокруг центральной оси, обеспечивают незначительное отсутствие вибрации по сравнению с поршневым двигателем, у которого движение поршня вверх-вниз более резкое.Но необычный двигатель — это незнакомое животное, поэтому поляризующий Ванкель также вызывает свою долю ненависти среди автолюбителей и механиков. Это простой дизайн — без ремня ГРМ, без распределительного вала, без коромысел — но незнакомость порождает недоверие, а у Ванкеля есть причуды, требующие внимания.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Роторный двигатель сжигает масло по своей конструкции, закачивая небольшое количество моторного масла в камеры сгорания для смазки роторов, создавая обычный поток синего дыма, вырывающийся из выхлопной трубы, когда вы заводите автомобиль.Честно говоря, это пугает людей — синий дым выхлопных газов является сигналом бедствия, когда исходит от поршневого двигателя.

Роторы также предпочитают минеральное масло синтетическому, и их конструкция означает, что вам необходимо периодически доливать масло, потому что двигатель постоянно его потребляет. Эти верхние уплотнения, как правило, не прослужат долго, прежде чем их потребуется заменить. Восстановление Ванкеля на пробеге 80 000–100 000 миль является типичным, и раньше, чем большинство поршневых двигателей, нуждаются в такой кропотливой работе.

Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторного двигателя, более низким выбросам и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед ее выпуском.В модели RX-8 Mazda решила эти проблемы, разместив выхлопные отверстия по бокам камер сгорания. Выбросы топлива также стали строже с годами. Это одна из причин, по которой RX-8, последний автомобиль с двигателем Ванкеля, поступил в продажу в 2002 году и был снят с производства в 2012 году.

Время для второго поворота

Вернемся к слухам вице-президента Mazda Мартейна тен Бринка о том, что Mazda может использовать какой-нибудь роторный двигатель в качестве расширителя диапазона для электромобиля. В этом есть смысл. Еще в 2012 году Mazda арендовала 100 электромобилей Demio EV в Японии, но небольшой запас хода в 124 мили был болезненным моментом.Итак, в 2013 году Mazda создала прототип, который включал в себя поворотный расширитель диапазона, чтобы почти удвоить этот диапазон, и назвала его Mazda2 RE Range Extender (Mazda2 — это то, что Demio называют за пределами Японии). Колеса прототипа приводились в движение электродвигателем, а 0,33-литровый 38-сильный роторный двигатель раскручивался для подзарядки аккумуляторов электродвигателя, если они разряжались, а поблизости негде было подзарядить.

Поскольку роторный двигатель не мог приводить в движение колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius.Ванкель был скорее бортовым генератором, который увеличивал дальность действия автомобиля. Та же компактность и легкий вес, которые сделали Ванкель отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным в качестве генератора с увеличенным запасом хода на автомобиле, особенно на том, у которого уже есть электродвигатели и батареи, конкурирующие за пространство и не позволяю себе набирать лишний вес. Но концепция расширителя запаса хода не попала в производство, а Mazda не продала электромобили после тех 100 электромобилей Demio.

Тем не менее, роторный двигатель заработал свою репутацию в основном как двигатель спортивного автомобиля, а не как генератор, приводимый в движение электродвигателями. Пока ходят слухи о возрождении роторного двигателя, автолюбители будут мечтать об этом суетливом, причудливом двигателе, который снова будет приводить в движение колеса во время динамичной и веселой езды.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это делается совершенно по-другому.

Если вы посмотрите внимательно, вы увидите, что лепесток смещения на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.

Сердце роторного двигателя — это ротор. Это примерно эквивалент поршней в поршневом двигателе.Ротор установлен на большом круглом выступе выходного вала. Этот выступ смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка кривошипа на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток по узким кругам, поворачивая три раза на за каждый оборот ротора.

По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, меняют размер. Это изменение размера вызывает перекачивающее действие.Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

Впуск

Фаза впуска цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускной канал. В момент, когда впускное отверстие выходит в камеру, объем этой камеры близок к своему минимуму. Когда ротор движется мимо впускного отверстия, объем камеры увеличивается, втягивая топливно-воздушную смесь в камеру.

Когда пик ротора проходит через впускной канал, эта камера закрывается и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, и топливно-воздушная смесь сжимается. К тому времени, когда поверхность ротора добралась до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. Это когда начинается горение.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна заглушка.Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро растет, заставляя ротор двигаться.

Давление сгорания заставляет ротор перемещаться в направлении увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.

Выхлоп

Как только пик ротора проходит через выхлопное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из выхлопа.По мере того как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из порта. К тому времени, когда объем камеры приближается к своему минимуму, пик ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

Особенность роторного двигателя заключается в том, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в одной части цикла — за один полный оборот ротора будет три такта сгорания. Но помните, что выходной вал вращается три раза за каждый полный оборот ротора, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.

Объяснение роторных двигателей Ванкеля — Fortem

Вы, наверное, слышали термин «двигатель внутреннего сгорания» или ДВС раньше. Большинство транспортных средств на дорогах приводится в действие двигателями внутреннего сгорания, за исключением электромобилей, которые, конечно же, используют двигатели, работающие от электрических батарей. Но вы когда-нибудь слышали о роторном двигателе Ванкеля?

Все двигатели внутреннего сгорания работают одинаково: топливо (и окислитель, такой как воздух) сгорает (сгорает) в камере сгорания.Расширение газов под высоким давлением, генерируемых этим процессом сгорания, затем непосредственно прикладывает силу к некоторым компонентам двигателя — обычно поршням, как в большинстве автомобилей с ДВС.

В этом заключается основное различие между стандартными двигателями внутреннего сгорания и роторными двигателями Ванкеля (названными в честь их создателя, немецкого инженера Феликса Ванкеля). Вместо того, чтобы эти газы под высоким давлением воздействовали на ряд возвратно-поступательных поршней, как в типичном двигателе внутреннего сгорания, они вместо этого воздействуют на ротор в роторном двигателе Ванкеля.Смущенный? Давайте посмотрим поближе.

ЧТО ТАКОЕ РОТАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?

Теперь, когда мы установили, что роторные двигатели внутреннего сгорания Ванкеля (и роторные двигатели в целом) используют роторы вместо традиционных возвратно-поступательных поршней, вам может быть интересно, что это на самом деле означает — для какой цели на самом деле служат эти роторы и как они работают внутри двигатель?

В современных транспортных средствах используются почти исключительно двигатели с четырехтактным циклом: впускной, компрессионный, сгорающий и выпускной.Четырехтактные поршневые двигатели совершают один такт сгорания на цилиндр на каждые два оборота коленчатого вала (компонент двигателя, который преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное). Один и тот же объем пространства в цилиндре поочередно используется для этих четырех последовательных процессов.

Хотя роторные двигатели Ванкеля аналогично выполняют эти четыре последовательные функции, есть два фундаментальных отличия от их поршневых аналогов. Во-первых, каждая камера сгорания в двигателе Ванкеля генерирует один такт сгорания за один оборот карданного вала.Во-вторых, эти четыре процесса происходят в отдельных частях корпуса двигателя, а не в одном пространстве.

Все еще немного запутались? Обратите внимание на эти удобные анимации: на одной изображен типичный четырехтактный поршневой двигатель, а на другой — двигатель Ванкеля, с соответствующими диаграммами и дополнительными пояснениями под каждой анимацией.

ЗА И ПРОТИВ

Все это вызывает вопрос: почему? Зачем нам нужны роторные двигатели Ванкеля, когда в подавляющем большинстве автомобилей с ДВС используются традиционные поршневые двигатели?

Двигатели Ванкеля имеют ряд преимуществ — и, естественно, недостатков — по сравнению с поршневыми двигателями.

Во-первых, в двигателе Ванкеля не так много движущихся частей, а это означает, что меньше компонентов, которые могут сломаться или выйти из строя. Роторный двигатель может иметь всего три движущихся части по сравнению с десятками движущихся компонентов в поршневом двигателе. Благодаря этой легкой и компактной конструкции двигатели Ванкеля часто имеют отличное соотношение мощности к массе.

Конструкция Ванкеля отличается плавностью хода, не имеющей себе равных в других двигателях ДВС. Без возвратно-поступательного движения двигатель может иметь чрезвычайно высокие обороты — в одном из вариантов Mazda RX-8 был настроен двигатель Ванкеля до невероятных 9000 оборотов в минуту.Высокие обороты также означают большую мощность, что энтузиасты приветствуют с распростертыми объятиями, а уникальный звук роторных двигателей только добавляет к общему впечатлению.

Однако, как и любая другая конструкция, двигатели Ванкеля не лишены своих недостатков. Они, как правило, обеспечивают низкую экономию топлива и низкие выбросы, что затрудняет соблюдение или превышение производителями все более строгих норм выбросов. Они не только потребляют много топлива, но и нефть тоже становится жертвой их конструкции. Фактически, двигатели Ванкеля предназначены для сжигания масла, которое смазывает двигатель, но приводит к потреблению большего количества масла, чем вы, вероятно, привыкли.

Наконец, несколько практических вопросов; в основном их склонность требовать частого обслуживания и их дальнейшая досадная тенденция требовать дорогостоящего ремонта (при условии, что владелец не имеет необходимых знаний для самостоятельной работы с двигателем). Владельцы должны тщательно проверять не только уровни масла, но и наличие утечек масла, которые имеют тенденцию мешать двигателям Ванкеля.

ПРИМЕНЕНИЕ И ПРАКТИЧНОСТЬ

Несмотря на привередливость в отношении расхода масла и возможного дорогостоящего ремонта, роторные двигатели Ванкеля, тем не менее, имеют преданный культ среди энтузиастов.Такие легендарные автомобили, как Mazda RX-7 (поколения от FB до FD) и Mazda RX-8, использовали роторные двигатели с большим успехом.

No related posts.