Роторно-поршневой двигатель Ванкеля (РПД)

Без рубрики  Нет комментариев

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля (РПД)
Использование двигателей Ванкеля в RX-8 позволило концерну Mazda придать своему детищу 190 или даже 230 лошадиных сил при объеме двигателя 1.3 литра. Эти двигатели легче и у них значительно меньше подвижных частей по сравнению с обычными атмосферными. Как это возможно?! Эта статья объяснит вам все, что вы когда либо хотели знать, но боялись спросить.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля (РПД)
Использование двигателей Ванкеля в RX-8 позволило концерну Mazda придать своему детищу 190 или даже 230 лошадиных сил при объеме двигателя 1.3 литра. Эти двигатели легче и у них значительно меньше подвижных частей по сравнению с обычными атмосферными. Как это возможно?! Эта статья объяснит вам все, что вы когда либо хотели знать, но боялись спросить.

Немного истории
Джеймс Ватт был изобретателем роторного парового двигателя, а так же пионером в исследовании роторных двигателей внутреннего сгорания. Первые результаты были получены в 1924 году. Феликс Ванкель (которому в то время было уже 22 года) занимался исследованиями различных возможностей роторных двигателей и нашел оптимальную конструкцию статора и самого ротора. Сотрудничество с производителем мотоциклов NSU, и годы работы и экспериментов представили миру в 1957 году первый роторно-поршневой двигатель Ванкеля, доказав, что роторные двигатели теперь не просто мечта. Однако двигатель требовал доработок, и дабы убрать очевидные недостатки, в последующие два года его конструкция продолжала меняться. В ноябре 1959 года NSU официально объявила о завершении работ над двигателем.

Президент корпорации Mazda господин Матсуда, видя огромный потенциал этих двигателей лично договорился с NSU о сотрудничестве. Сегодня, кстати, довольно популярна mazda 6 новая. А в 1963 году новый исследовательский отдел RE (Rotary Engine) приступил к развитию массового производства роторных двигателей.

30 мая 1967 года Mazda начала продажи первого автомобиля оснащенного роторным двигателем – Cosmo Sport – C мощностью в 110 лошадиных сил. Дальнейшие исследования помогли на 40 процентов снизить расход топлива и улучшить экологичность этих двигателей. К 1970 году суммарная продажа автомобилей с роторными двигателями достигла 100 тыс., в 1975 – 500 тыс., а к 1978 – перевалила за миллион.

Что это такое РПД?
В классическом четырехтактном двигателе один и тот же цилиндр используется для различных операций – впрыск, сжатие, сжигание и выпуска. В роторном же двигателе каждый процесс выполняется в отдельном отсеке камеры. Эффект мало чем отличается от разделения цилиндра на четыре отсека для каждой из операций.В поршневом двигателе давление возникающее при сгорании смеси заставляет поршни двигаться вперед и назад в своих цилиндрах. Шатуны и коленчатый вал преобразуют это толкательное движение во вращательное, необходимое для движения автомобиля.В роторном двигателе нет прямолинейного движения которое надо было бы переводить во вращательное. Давление образуется в одном из отсеков камеры заставляя ротор вращаться, это снижает вибрацию и повышает потенциальную величину оборотов двигателя. В результате всего большая эффективность, и меньшие размеры при той же мощности, что и обычного поршневого двигателя.

Как работает РПД?
Функцию поршня в РПД выполняет трехвершинный ротор, преобразующий силу давления газов во вращательное движение эксцентрикового вала. Движение ротора относительно статора (наружного корпуса) обеспе
1000
чивается парой шестерен, одна из которых жестко закреплена на роторе, а вторая на боковой крышке статора. Самашестерня неподвижно закреплена на корпусе двигателя.

загрузка…

С ней в зацеплении находится шестерня ротора который с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг нее. Вал вращается в подшипниках, размещенных на корпусе, и имеет цилиндрический эксцентрик, на котором вращается ротор. Взаимодействие этих шестерен обеспечивает целесообразное 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, а за полный оборот ротора в каждой из камер совершается полный четырехтактный цикл. Газообмен регулируется вершиной ротора при прохождении ее через впускное и выпускное окно. Такая конструкция позволяет осуществлять 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения.

Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Крутящий момент получается в результате действия газовых сил через ротор на эксцентрик вала. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск — принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Достоинства и недостатки РПД
Отсутствие поршней, а с ними и коленчатых валов с шатунами помогает уменьшить размеры и массу двигателей Ванкеля, что означает улучшение характеристик и управляемости автомобиля. Пропорционально выходной мощности РПД значительно меньше поршневых.Все части роторного двигателя постоянно вращаются в одном направлении, что не создает вибрации, связанной с переменным направлением движения поршней, присущей обычным двигателям.Наряду с несомненными достоинствами у двигателя Ванкеля существуют и серьезные конструктивные недостатки, преодолеть которые крайне сложно. Камера сгорания роторного двигателя имеет в плане форму серпа. Поэтому при том же объеме, что и у цилиндрической камеры обычного мотора, площадь ее поверхности намного больше. Следствие — большая теплонагруженность двигателя и меньший тепловой КПД.

Кроме того, серповидная форма не позволяет организовать вихревое наполнение камеры сгорания, чтобы добиться полного сгорания топливо-воздушной смеси. Отсюда худшая, по сравнению с поршневыми моторами, экономичность и проблемы с выбросом вредных веществ.Столь же обширен список технологических недостатков. На первом месте — сам процесс изготовления статора сложной формы с износостойкой рабочей поверхностью. Трудность еще и в том, что статор должен успешно противостоять температурным деформациям: в отличие от обычного мотора, где теплонагруженная камера сгорания частично охлаждается в фазе впуска и сжатия свежей рабочей смесью, здесь процесс сгорания всегда происходит в одной части двигателя, а впуск — в другой.

Еще одна проблема — уплотнения ротора. Если в поршневом моторе кольца соприкасаются с зеркалом цилиндра только одной рабочей кромкой и под постоянным углом, то уплотнения на вершинах ротора касаются статора под постоянно изменяющимися углами, что приводит к большим нагрузкам на их грани. Кроме того, эти уплотнения работают в условиях ограниченной смазки и плохого теплоотвода — для их смазывания приходится дополнительно впрыскивать масло прямо во впускной коллектор. Нетрудно догадаться, что экологических показателей мотора это тоже не улучшает.