Двигатель Ванкеля - роторно поршневой двигатель (РПД)



Двигатель Ванкеля - роторно поршневой двигатель (РПД)
Двигатели Ванкеля, известные миру как роторно-поршневые (РПД), когда-то считались моторами будущего, способными полностью вытеснить традиционные ДВС. Но прошло несколько десятков лет, будущее наступило, а моторы эти как были экзотикой, так и остались.

Говорят, диковинный мотор приснился Феликсу Ванкелю во сне: треугольный ротор в овальном корпусе вращал вал безо всяких шатунов-кривошипов. Во многом благодаря поддержке высшего руководства Третьего Рейха стало возможным проведение теоретических изысканий по новому мотору. Так, в 1936 году он основал лабораторию в Линдау на средства, выделенные по личному распоряжению Гитлера. Все военные годы Ванкель конструировал авиационные двигатели для люфтваффе. А после разгрома фашизма и лабораторию закрыли, да и вообще работу конструктора Ванкель потерял.

Увы, разоренной войной Европе было не до таких диковин. Черед РПД пришел лишь в середине 50-х, когда весь мир искал альтернативу традиционному двигателю внутреннего сгорания.

"Роторник" покорял своей простотой: корпус, вал, сам ротор - и все, никаких тебе шатунов-клапанов и прочих мелких (а значит, капризных) деталей. Правда, оставались проблемы с уплотнениями роторов. На их решение ушли десятилетия, и в конце концов срок службы уплотнений удалось довести до ресурса поршневых колец в ДВС.

Внутренняя поверхность корпуса получила форму эпитрохоиды, скругленная треугольная призма ротора совершает орбитальные движения, попеременно закрывая впускные и выпускные окна на корпусе, - словом, ставь и поезжай. Причем с ветерком: новый мотор обещал вдвое большую мощность при тех же габаритах, что и традиционный ДВС.

Уцепившаяся за идею фирма NSU предложила Ванкелю работу и тут же начала экспериментировать с новым силовым агрегатом, а позже - ставить его на серийные модели. Чуть позже к ней присоединились французский Citroёn, японская Toyo Kogyo, даже Daimler-Benz опробовал "роторник" на знаменитом прототипе С-111. К середине 70-х выпуском автомобилей и мотоциклов с РПД занималось полтора десятка фирм. И вдруг как отрезало: все модели "роторных" машин потерпели крах на рынке, поставив некоторые компании на грань банкротства. Как результат, техника с РПД быстро сошла со сцены. В 1975 году такие моторы выпускала только Toyo Kogyo для своих "двухместок" серии Mazda RX/Cosmo.

И еще инженеры Norton корпели над проектом мотоцикла Commando (впоследствии с треском провалившегося на рынке)... А в СССР, на ВАЗе и во ВНИИ мотопрома, начались изыскания по РПД, подогреваемые ассигнованиями ВПК. Ведь новые моторы как нельзя лучше подходили для привода малоразмерных летательных аппаратов. Да и спецслужбам не мешало бы иметь в наличии автомобили и мотоциклы с более мощными моторами. Через полтора десятка лет одно из двух КБ - то, что на ВАЗе - более-менее довело идею РПД до промышленного производства. Мелкосерийного, измеряющегося сотнями моторов в год, в основном для оснащения автомобилей спецслужб. А в руках гражданских подобные машины и вовсе стали музейной редкостью. Тому есть и объективные, и субъективные причины.

К субъективным следует отнести непривычность РПД как для эксплуатационников ( на всю Москву - два сервиса, специализирующихся на "роторах"), так и для самих владельцев. Ведь этот мотор требует изменения многих привычек. Так, тормозить РПД бесполезно, штурмовать подъемы "внатяг" - тем более. Компактный ротор имеет малую инерцию, в отличие от массивных деталей традиционного ДВС. Частые запуски-выключения "забрасывают" свечи. Непривычен и звук мотора, что имеет определенное значение не только для байкеров, но и для многих автомобилистов. Хотя многие это считают преимуществом - такого "саунда" нет ни у кого!

Куда серьезнее органические недостатки, присущие РПД. Во-первых, это низкая эластичность характеристики и повышенный расход топлива. Последнее объясняется высокими потерями тепла через стенки камеры, далекой от оптимальной. Во-вторых, особенно велик расход масла. Дело в том, что смазка рабочих поверхностей "на прогар", с помощью лубрикатора, как и двухтактных моторов скутеров и снегоходов. Ресурс такого мотора также ниже, чем у традиционного, из-за быстрого износа уплотнений ротора (правда, замена уплотнений ротора с самим ротором намного проще, чем капремонт обычного движка). Кто-то возразит, мол, "мазды" выхаживают сотни тысяч. Да, выхаживают, но какой ценой — в прямом смысле! Именно на "роторах" находят первоочередное применение износостойкие покрытия корпуса и уплотнений. Знаете, как "Suzuki" добилась резкого увеличения ресурса своих моторов (обычных, четырехцилиндровых) для мотоциклов, участвующих в многочасовых гонках? Вытащила "с полки" технологии, использованные ею при производстве роторного мотоцикла "RE-5" в 1976 году. Заметьте, господа, — в 1976-м, причем для мотора, паже по тем временам не блиставшего долговечностью. Если же современные технологические наработки в области РПД внедрить в производство традиционных ДВС, будьте уверены: поршневые кольца будут служить дольше, чем кузов машины. Немаловажную роль играет и жесткость внешней характеристики РПД, требующей более частых манипуляций рычагом КПП - на практике это выражается в более "коротком" передаточном ряде, а значит, увеличенным числом передач. Идеальной была бы установка вариатора, но на спортивных машинах "автоматы" не прижились, а на семейной легковушке увидеть РПД было бы странно — хотя бы по причине недостаточной экономичности.

Кто-то, наверное, обратил внимание: недостатки РПД практически те же, что и у двухтактных поршневых моторов. Самое забавное, что и "лечатся" многие из этих болезней аналогично. Повышенный "аппетит" — непосредственным впрыском топлива, недостаточная эластичность — изменяемыми фазами и конфигурацией трубопроводов (только у "двухтактников" на выпуске, а у "роторов" на впуске). Что и было сделано на двигателе "Renesis" компании "Mazda", предназначенного для купе "RX-8". По три трубопровода разной длины на секцию, впрыск масла непосредственно в камеру, впускные-выпускные каналы сбоку (а не в торце, как обычно), рециклизация отработанных газов... Но то "у них". Мы же только готовимся к отказу от карбюраторов, об остальном пока приходится лишь мечтать, в том числе и о турбонаддуве — он также смог бы значительно повысить КПД мотора. Ничего удивительного, — хоть тольяттинские РПД и ведут свою родословную от "маздовского" начала 70-х, темпы прогресса в российском и японском двигателестроении, мягко говоря, сильно отличаются.

Тем не менее ВАЗовские РПД есть и будут, и отказывать им в праве на существование я бы не стал. Тем более, что с ними связаны надежды не только автомобилистов, но и авиаторов, чьи заказы начинают мало-помалу преобладать в программе тольяттинского СКБ. Более того, по некоторым сведениям благодать для поклонников роторных ВАЗов закончится: подразделения завода, занятые проектированием и выпуском РПД, переориентируются "с земли на небеса", и не исключено, что полностью. Авиационные "роторники" будут мощнее, экономичнее (в первую очередь — за счет впрыска топлива) и... в несколько раз дороже автомобильных. Так что желающим обзавестись необычным авто по почти бросовой цене стоит поторопиться. Принцип работы двигателя Ванкеля (РПД)Функцию поршня в РПД выполняет трехгранный ротор, преобразующий силу давления газов во вращательное движение эксцентрикового вала. Движение ротора относительно статора (наружного корпуса) обеспечивается парой шестерен, одна из которых закреплена на роторе, а. вторая — на боковой крышке статора. Конфигурация рабочих поверхностей ротора и статора - эпитрохоидальная (двойная эпитрохоида у статора и образующие у ротора). Рабочая поверхность статора имеет износостойкое покрытие. В вершинах ротора установлены специальные уплотнения, на рабочих поверхностях — выемки, выполняющие роль камер сгорания. Вал вращается в подшипниках, размещенных на корпусе, и имеет цилиндрический эксцентрик, на котором вращается ротор. Шестерня неподвижно закреплена на корпусе двигателя. С ней в зацеплении находится шестерня ротора. Взаимодействие этих шестерен обеспечивает орбитальное движение ротора относительно корпуса, в результате которого образуются три разобщенных камеры переменного объема. Передаточное отношение шестерен 2:3, поэтому за один оборот эксцентрикового вала ротор поворачивается на 120 градусов. За полный оборот ротора в каждой из камер совершается полный четырехтактный цикл. Газообмен регулируется вершиной ротора при прохождении ее через впускное и выпускное окна или дисковым золотником в торце вала. Крутящий момент получается в результате действия газовых сил через ротор на эксцентрик вала.

Между статором и ротором образуются три камеры, аналогичные надпоршневому пространству традиционного четырехтактного ДВС. Процесс впуска начинается, когда вершина ротора пересекает кромку впускного окна, после чего объем камеры возрастает и туда поступает горючая смесь. Когда следующая вершина ротора перекрывает впускное окно, смесь начинает сжиматься, и в момент наибольшего сжатия (точнее, с некоторым опережением) подается искра - начинается рабочий ход. Затем открывается выпускное окно и отработавшие газы покидают пространство камеры. Таким образом за один оборот ротора в двигателе происходят три цикла, что делает ненужным использование уравновешивающих устройств, особенно в двухсекционных конструкциях, получивших подавляющее распространение.

Как видим, в рабочем процессе имеется два слабых звена: высокая нагрузка на уплотнения и избыточная величина динамического перекрытия фаз. Кроме того, конфигурация камеры сгорания далека от оптимальной. В то же время есть и большой плюс (помимо главного — минимальных габаритов двигателя). Дело в том, что при повышении оборотов скорость распространения фронта пламени растет быстрее скорости перетекания смеси. В результате требования РПД к октановому числу топлива намного ниже, чем у поршневых моторов. Достоинства и недостатки роторно-поршневого двигателя - РПД Достоинства:

- меньшие габариты и масса;
- меньшее количество деталей (даже в сравнении с двухтактным поршневым ДВС);
- плавность работы в результате отсутствия возвратно-поступательно движущихся частей;
- возможность потребления низкооктанового бензина.

Недостатки:

- неэффективный процесс сгорания, а значит — повышение расхода топлива и токсичности отработанных газов;
- смазка "на прогар", что влечет за собой высокий расход масла;
- невозможность производства на площадях, предназначенных для выпуска традиционных ДВС;
- переход на выпуск РПД требует замены подавляющего большинства оборудования.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 AvtoTrec.ru. Контакты: info@avtotrec.ru При использовании материалов Автомобильный справочник, ссылка на источник обязательна.