Устройство и принцип работы роторно-поршневого двигателя

Привычные ассоциации, возникающие у большинства людей при словах «автомобиль» и «двигатель внутреннего сгорания», связаны с поршнями и цилиндрами, кривошипно-шатунным механизмом и разнообразными системами газораспределения. Ведь в подавляющем большинстве индивидуальных транспортных средств используются давно ставшие привычными, бензиновые и дизельные поршневые ДВС.Роторный двигатель Ванкеля

Тема же сегодняшнего разговора – роторно-поршневой двигатель Ванкеля, обладающий выдающимися техническими характеристиками и открывающий новые перспективы в области автомобилестроения.

Немного истории

Первый роторный тепловой двигатель, известный под названием эолипил, был создан в первом веке нашей эры Героном Александрийским, выдающимся греческим инженером и механиком, создателем первых автоматических устройств и описавшим принципы их конструирования.

Принцип действия эолипила заключался в придании вращательного движения полой бронзовой сфере, закрепленной на оси, проходящей через центр симметрии. В качестве рабочего тела использовался водяной пар, истекающий из двух сопел, расположенных одно напротив другого на линии, так же проходящей через центр симметрии сферы и перпендикулярной оси крепления.

Фото модели поможет яснее представить себе устройство первого в мире теплового двигателя.Геронов шар (элеопил)

Приводные механизмы ветряных и водяных мельниц также можно отнести к древнейшим роторным двигателям, использовавшим в качестве источника энергии силу стихий природы.

Виды роторных двигателей и их классификация

Основное деление роторных ДВС происходит по типу рабочей камеры, она может быть герметично замкнута, или иметь постоянную связь с атмосферой, отделяясь от окружающей среды лишь лопастями роторной крыльчатки.

Последний вариант используется при конструировании газовых турбин, двигатели с замкнутыми камерами сгорания дополнительно разделяются на пять отдельных видов, основанием для деления служит тип движения основного элемента, расположение рабочих камер и уплотнительных элементов.

  • Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением рабочего вала
  • С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением
  • Роторный двигатель с уплотнительными заслонками и равномерным вращением рабочего элемента
  • С равномерным вращением рабочего вала, без использования уплотнительных элементов, со спиральным расположением рабочих камер
  • С планетарным движением рабочего элемента, без каких либо уплотнительных элементов

Виды роторных двигателей
К последнему из перечисленных видов относится роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Изобретение инженера Ванкеля

Жизненный путь Феликса Генриха Ванкеля не был простым, а перспективы не сулили безоблачного будущего. Рано оставшись сиротой – отец погиб на фронтах Первой мировой войны, Феликс не смог собрать достаточно средств для поступления в университет, а получению рабочей специальности мешала прогрессирующая близорукость.

Оставшись не у дел, Ванкель занялся самостоятельным изучением технических дисциплин, и в 1924 году пришел к идее создания роторного двигателя с вращающейся камерой сгорания.

Работая на тот момент в издательстве технической литературы, он вступает в национал-социалистическую немецкую рабочую партию и в 1929 году получает патент на свое изобретение. Это изобретение, роторный двигатель Ванкеля, стало первым шагом к созданию знаменитого РПД.

В 1933 году инженер Ванкель оказывается в рядах противников Гитлера, и проводит полгода в тюрьме. После освобождения, компания BMW, заинтересовавшись разработками роторного двигателя, финансирует дальнейшие исследования Ванкеля, предоставив ему мастерскую в Ландау.Изобретение Ванкеля

По окончании войны мастерская достается французам в счет репарационных выплат, а изобретатель снова отправляется в тюрьму, уже в качестве пособника гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, познав всю тяжесть и отчаяние послевоенных лет, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов NSU.

Как это работает

В том же году он заинтересовал главного конструктора NSU Вальтера Фройде идеями создания и использования роторного двигателя в конструкции гоночных мотоциклов. Фройде, сам занимавшийся подобными изысканиями, активно включается в работу, и в 1958 году первый рабочий образец роторно-поршневого двигателя занял место на испытательном стенде компании.

Силовой агрегат, сконструированный Фройде и Ванкелем, представляет собой ротор в форме треугольника Рело, который планетарно вращается вокруг неподвижной шестерни, закрепленной в центре неподвижной камеры сгорания выполненной в форме эпитрохоиды.

При движении ротора, внутри камеры сгорания образуются полости переменного объема, герметично отделенные от остального пространства. Благодаря такой конструкции роторно-поршневого двигателя, отпала необходимость использовать отдельный газораспределительный механизм, его функцию исполняет треугольный поршень.

Фото роторно-поршневого двигателя с открытой камерой сгорания.

роторный двигатель мазды

а так же схема, изображающая все циклы и принцип работы РПДРабота в 4 такта

Основные элементы конструкции РПД Ванкеля, а так же анимация его работы представлены на данном видео

Основные преимущества

Роторный двигатель внутреннего сгорания, главный вал которого совершает вращательное движение, в отличии от поршневого ДВС, не требует сложного в изготовлении и дорогого кривошипно-шатунного механизма, обладает меньшими геометрическими размерами, и, соответственно, массой.

Роторно-поршневой двигатель, будучи механически уравновешенным, не является источником сильных вибраций, и поэтому пригоден для использования в микроавтомобилях и в прочих образцах легкого колесного транспорта.

Высокая мощность РПД по причине малой массы подвижных частей. Отсутствует громоздкий коленчатый вал и кривошипно-шатунный механизм. К тому же, эффективными являются три четверти оборота вала, а не одна, как у поршневого ДВС.

Из-за отсутствия возвратно-поступательного движения, работа двигателя на высоких оборотах вызывает гораздо меньше вибраций. А относительно небольшие габаритные размеры РПД оставляют больше свободного места для салона, делая автомобиль просторней и комфортней.

Основные недостатки

Трение о стенки камеры сгорания, возникающее во время вращения ротора, приводит к дополнительному нагреву, а следовательно, износу двигателя. При правильной эксплуатации срок работы соприкасающихся деталей достаточно велик, но любая небрежность при замене масла приводит к необратимым поломкам основных частей.Недостатки РПД

Схема и принцип работы роторно-поршневого двигателя подразумевают использование камеры сгорания малого объема с большой площадью поверхности. Тепловая энергия, излучаемая поверхностью цилиндра, приводит к перегреву корпуса двигателя, снижая общий ресурс, а так же негативно сказывается на мощности.

Работа на низких оборотах требует большего, по сравнению с поршневыми ДВС, расхода топлива. Высокие требования к точности изготовления деталей двигателя, малейшие отклонения от заданных геометрических размеров существенно снижают ресурс РПД.

Серийное производство

Первым серийным автомобилем с роторно-поршневым двигателем стал NSU Spider. А первым массовым – NSU Ro80. К сожалению, роторный двигатель, принцип работы которого подразумевал наличие трущихся деталей, был очень чувствителен к качеству и срокам замены масла.

И без того невысокий ресурс (обязательный ремонт после 50 тысяч километров), вырабатывался быстрее из-за неправильного ухода и ошибок при эксплуатации.

На фото:

  1. NSU Spider
  2. NSU Ro80

NSU Spider

NSU Ro 80

День сегодняшний

На данный момент серийным производством роторно-поршневого двигателя занимается японская автомобильная корпорация Мазда и ВАЗ, Россия.

Промышленное производство двигателя Ванкеля на заводе ВАЗ началось в 1974 году. Первым автомобилем, использовавшим роторный двигатель в качестве силового агрегата, стал ВАЗ 21018. Поняв принцип работы роторного двигателя Ванкеля, советские инженеры не придали значения требуемой при изготовлении деталей точности.Ваз 21018

Из за чего случился неприятный, но закономерный, конфуз. Все 50 автомобилей опытной серии, проездив не более недели, выработали ресурс двигателя и были отправлены на завод для дальнейшей доработки.

Последний роторный двигатель, созданный на заводе ВАЗ, шел под обозначением 414 и был выпущен в 1995 году. Вскоре после этого проект был закрыт.

Дружба корпорации Мазда и роторного двигателя Ванкеля началась в 1964 году, когда на токийской автомобильной выставке была представлена модель Мазда Космо Спорт. Оснащенная силовым агрегатом мощностью 110 л/с, машина разгонялась до максимальной скорости в 185 км/час.

Последней же разработкой стала модель Mazda RX-8 с двигателем Renesis.
Фото Mazda RX-8

Роторная мазда

Проведя существенные изыскания, конструкторы корпорации Мазда смогли существенно повысить ресурс роторного двигателя и сократить потребление топлива, оставив основной принцип действия неизменным. Mazda RX-8 разгоняется до ста километров за 6,4 секунды, при максимальной скорости 235 км/ч.
Тест-драйв видео

Оцените полезность статьи! 1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Что еще можно почитать
Комментировать

Обязательные поля помечены *