Роторно-поршневий двигун або двигун Ванкеля є мотором, де головним робочим елементом здійснюються планетарні кругові рухи. Це принципово інший вид двигуна, відмінний від поршневих побратимів у сімействі ДВС.

У конструкції такого агрегату використовується ротор (поршень) з трьома гранями, що зовні утворює трикутник Рело, що здійснює кругові рухи в циліндрі особливого профілю. Найчастіше поверхня циліндра виконана по епітрохоїді (плоскою кривою, отриманою точкою, яка жорстко пов'язана з колом, що здійснює рух по зовнішній стороні іншого кола). Насправді можна зустріти циліндр і ротор інших форм.

Складові елементи та принцип роботи

Пристрій двигуна типу РПД гранично проста та компактна. На вісь агрегату встановлюється ротор, який міцно з'єднується із шестернею. Остання зчіплюється зі статором. Ротор, що має три грані, рухається епітрохоїдальної циліндричної площини. В результаті чого об'єми робочих камер циліндра, що змінюються, відсікаються за допомогою трьох клапанів. Ущільнювальні пластини (торцевого та радіального типу) притискаються до циліндра під дією газу та за рахунок дії доцентрових сил та стрічкових пружин. Виходять три ізольовані камери різні за об'ємними розмірами. Тут здійснюються процеси стискання суміші пального і повітря, що надійшла, розширення газів, що надають тиск на робочу поверхню ротора і очищають камеру згоряння від газів. На ексцентрикову вісь передається круговий рух ротора. Сама вісь знаходиться на підшипниках та передає момент обертання на механізми трансмісії. У цих моторах здійснюється одночасна робота двох механічних пар. Одна, яка складається із шестерень, регулює рух самого ротора. Інша - перетворює обертові рух поршня в обертові рухи ексцентрикової осі.

Деталі Роторно-поршневого двигуна

Принцип роботи двигуна Ванкеля

На прикладі двигунів, встановлених на автомобілях ВАЗ, можна назвати такі технічні характеристики:
- 1,308 см3 – робочий об'єм камери РПД;
- 103 кВт/6000 хв-1 - номінальна потужність;
- 130 кг маса двигуна;
- 125000 км - ресурс двигуна до першого повного його ремонту.

Сумішоутворення

Теоретично в РПД застосовують кілька різновидів сумішоутворення: зовнішнє і внутрішнє, з урахуванням рідких, твердих, газоподібних видів палива.
Щодо твердих видів палива варто відзначити, що їх спочатку газифікують у газогенераторах, оскільки вони призводять до підвищеного золоутворення в циліндрах. Тому більшого поширення на практиці набули газоподібні та рідкі палива.
Сам механізм утворення суміші в двигунах Ванкеля залежатиме від виду палива, що застосовується.
При використанні газоподібного палива його змішування з повітрям відбувається у спеціальному відсіку на вході у двигун. Горюча суміш у циліндри надходить у готовому вигляді.

З рідкого палива суміш готується наступним чином:

1. Повітря поєднується з рідким паливом перед надходженням в циліндри, куди надходить горюча суміш.
2. У циліндри двигуна рідке паливо і повітря надходять окремо, і вже всередині циліндра відбувається їхнє змішування. Робоча суміш виходить при зіткненні з залишковими газами.

Відповідно, паливно-повітряна суміш може готуватися поза циліндрами або всередині них. Від цього йде поділ двигунів із внутрішнім або зовнішнім утворенням суміші.

Особливості РПД

Переваги

Переваги двигунів роторно-поршневого типу порівняно із стандартними бензиновими двигунами:

- Низькі показники рівня вібрації.
У моторах типу РПД відсутня перетворення зворотно-поступального руху на обертальний, що дозволяє агрегату витримати високі обороти з меншими вібраціями.

- Гарні динамічні характеристики.
Завдяки своєму пристрою такий мотор, встановлений у машині, дозволяє її розігнати понад 100 км/год на високих обертах без надмірного навантаження.

— Хороші показники питомої потужності за малої маси.
Через відсутність у конструкції двигуна колінчастого валу і шатунів досягається невелика маса частин, що рухаються в РПД.

— У двигунах такого типу практично відсутня система мастила.
Безпосередньо в паливо додається олія. Паливно-повітряна суміш сама здійснює змащування пар тертя.

- Мотор роторно-поршневого типу має невеликі габаритні розміри.
Встановлений роторно-поршневий двигун дозволяє максимально використовувати корисний простір моторного відсіку автомобіля, рівномірно розподілити навантаження на осі автомашини і краще розрахувати розташування елементів коробки передач і вузлів. Наприклад, чотиритактний двигун такої ж потужності буде вдвічі більшим за роторний двигун.

Недоліки двигуна Ванкеля

- Якість моторної олії.
При експлуатації такого типу двигунів необхідно приділяти належну увагу якісному складу масла, що застосовується в двигунах Ванкеля. Ротор і камера двигуна, що знаходиться всередині, мають велику площу зіткнення, відповідно, знос двигуна відбувається швидше, а також такий двигун постійно перегрівається. Нерегулярна зміна масла завдає величезної шкоди двигуну. Зношування мотора зростає в рази через наявність абразивних частинок у відпрацьованому маслі.

- Якість свічок запалювання.
Експлуатантам таких двигунів доводиться бути особливо вимогливим до якісного складу свічок. У камері згоряння через її невеликий об'єм, протяжну форму і високу температуру утруднений процес запалювання суміші. Наслідком є ​​підвищена робоча температура та періодична детонація камери згоряння.

- Матеріали ущільнювальних елементів.
Істотною недоробкою двигуна типу РПД можна назвати ненадійну організацію ущільнень проміжків між камерою, де згоряє паливо, та ротором. Пристрій ротора такого мотора досить складне, тому ущільнення потрібні і по роторах, і по бічній поверхні, що має зіткнення з кришками двигуна. Поверхні, які піддаються тертю, необхідно постійно змащувати, що виливається у підвищену витрату олії. Практика показує, що двигун типу РПД може потребувати від 400 гр до 1 кг масла на кожні 1000 км. Знижуються екологічні показники роботи двигуна, так як пальне згоряє разом з олією, в результаті в довкілля викидається велика кількість шкідливих речовин.

Через свої недоробки такі мотори не набули широкого поширення в автомобілебудуванні та у виготовленні мотоциклів. Але на базі РПД виготовляються компресори та насоси. Авіамоделісти часто використовують такі двигуни для конструювання своїх моделей. Через невисокі вимоги до економічності та надійності конструктори не застосовують складну систему ущільнень у таких моторах, що значно знижує його собівартість. Простота його конструкції дозволяє легко вбудувати в авіамодель.

ККД роторно-поршневої конструкції

Незважаючи на ряд недоробок, проведені дослідження показали, що загальний ККД двигуна Ванкеля досить високий за сучасними мірками. Його значення становить 40 – 45%. Для порівняння, у поршневих двигунів внутрішнього згоряння ККД становить 25%, у сучасних турбодизелів – близько 40%. Найвищий ККД у поршневих дизельних двигунів складає 50%. До цього часу вчені продовжують роботу з пошуку резервів для підвищення ККД двигунів.

Підсумковий ККД роботи двигуна складається з трьох основних частин:

1. Паливна ефективність (показник, що характеризує раціональне використання пального в двигуні).

Дослідження у цій галузі показують, що лише 75% пального згоряє у повному обсязі. Є думка, що ця проблема вирішується шляхом поділу процесів згоряння та розширення газів. Необхідно передбачити облаштування спеціальних камер за оптимальних умов. Горіння має відбуватися у замкнутому обсязі, за умови наростання температурних показників та тиску, розширювальний процес має відбуватися за невисоких показників температур.

1. ККД механічний (характеризує роботу, результатом якої стало утворення переданого споживачеві крутного моменту головної осі).

Близько 10% роботи двигуна витрачається на приведення в рух допоміжних вузлів та механізмів. Виправити цю недоробку можна шляхом внесення змін у пристрій двигуна: коли головний робочий елемент, що рухається, не торкається до нерухомого корпусу. Постійне плече крутного моменту має бути присутнім на всьому шляху проходження основного робочого елемента.

1. Термічна ефективність (показник, що відображає кількість теплової енергії, утвореної від спалювання пального, що перетворюється на корисну роботу).

На практиці 65% отриманої теплової енергії випаровується з відпрацьованими газами у зовнішнє середовище. Ряд досліджень показав, що можна досягти підвищення показників термічної ефективності в тому випадку, коли конструкція двигуна дозволяла б здійснювати згоряння пального в теплоізольованій камері, щоб від самого початку досягалися максимальні показники температури, а в кінці ця температура знижувалася до мінімальних значень шляхом включення парової фази.

Сучасний стан роторно-поршневого двигуна

На шляху масового застосування двигуна стали значні технічні труднощі:
- Відпрацювання якісного робочого процесу в камері несприятливої ​​форми;
- Забезпечення герметичності ущільнення робочих обсягів;
- Проектування та створення конструкції корпусних деталей, які надійно прослужать весь життєвий цикл роботи двигуна без жолоблення при нерівномірному нагріванні цих деталей.
В результаті величезної виконаної науково-дослідної та дослідно-конструкторської роботи цим фірмам вдалося вирішити майже всі найбільш складні технічні завдання на шляху створення РПД та вийти на етап їхнього промислового виробництва.

Перший масовий автомобіль NSU Spider із РПД почала випускати фірма NSU Motorenwerke. Внаслідок частих перебірок двигунів через вище сказані технічні проблеми на ранньому етапі розвитку конструкції двигуна Ванкеля, взяті NSU гарантійні зобов'язання призвели її до фінансового краху і банкрутства і злиття з Audi в 1969 році.
Між 1964 та 1967 роком вироблено 2375 автомобілів. В 1967 Spider був знятий з виробництва і замінений на NSU Ro80 з роторним двигуном другого покоління; за десять років виробництва Ro80 випущено 37 398 машин.

Найбільш успішно з цими проблемами впоралися інженери фірми Mazda. Вона і залишається єдиним масовим виробником машин із роторно-поршневими двигунами. Дороблений двигун серійно почався ставити на автомобіль Mazda RX-7 з 1978 року. З 2003 наступність прийняла модель Mazda RX-8, вона і є зараз масовою і єдиною версією автомобіля з двигуном Ванкеля.

Російські РПД

Перша згадка про роторний двигун у Радянському Союзі відноситься до 60-х років. Дослідницькі роботи з роторно-поршневих двигунів почалися 1961 року, відповідною постановою Мінавтопрому та Мінсільгоспмашу СРСР. Промислове вивчення з подальшим виведенням на виробництво даної конструкції почалося в 1974 році на ВАЗі. спеціально для цього було створено спеціальне конструкторське бюро роторно-поршневих двигунів (СКБ РПД). Оскільки ліцензію купити не було можливості, було розібрано та скопійовано серійний «ванкель» від NSU Ro80. На цій основі розробили та зібрали двигун Ваз-311, а відбулася ця знаменна подія у 1976 році. На ВАЗі розробляли цілу лінійку РПД від 40 до 200 потужних двигунів. Доопрацювання конструкції тривало майже шість років. Вдалося вирішити цілу низку технічних проблем пов'язані з працездатністю газових та маслознімних ущільнень, підшипників, налагодити ефективний робочий процес у камері несприятливої ​​форми. Свій перший серійний автомобіль ВАЗ із роторним двигуном під капотом представив публіці у 1982 році, це був Ваз-21018. Машина зовні і конструктивно була як і всі моделі цієї лінійки, за одним винятком, зокрема, під капотом стояв односекційний роторний двигун потужністю 70 к.с. Тривалість розробки не завадила статися конфузу: на всіх 50 дослідних машинах при експлуатації виникли поломки мотора, що змусили завод встановити на його місце звичайний поршневий.

Ваз 21018 з роторно-поршневим двигуном.

Встановивши, що причиною неполадок були вібрації механізмів та ненадійність ущільнень, конструктори врятували проект. Вже 83-го з'явилися двосекційні Ваз-411 і Ваз-413 (потужністю, відповідно, 120 і 140 к.с.). Незважаючи на низьку економічність та малий ресурс, сфера застосування роторного двигуна все-таки знайшлася – ДАІ, КДБ та МВС були потрібні потужні та непомітні машини. Оснащені роторними двигунами «Жигулі» та «Волги» легко наздоганяли іномарки.

З 80-х років 20 століття СКБ був захоплений новою темою – застосування роторних двигунів у суміжній галузі авіаційної. Відхід від основної галузі застосування РПД призвело до того, що для передньопривідних машин роторний двигун ВАЗ-414 створюється лише до 1992 року та ще три роки доводиться. 1995 року Ваз-415 був представлений до сертифікації. На відміну від попередників він універсальний, і може встановлюватися під капотом як задньопривідних (класика і ГАЗ), так і передньопривідних машин (ВАЗ, Москвич). Двосекційний «Ванкель» має робочий об'єм 1308 см 3 та розвиває потужність 135 к.с. при 6000об/хв. "Дев'яносто дев'яту" він прискорює до сотні за 9 секунд.

Роторно-поршневий двигун ВАЗ-414

На даний момент проект із розробки та впровадження вітчизняного РПД заморожено.

Нижче представлено відео пристрою та роботи двигуна Ванкеля.

Парові машини і двигуни внутрішнього згоряння мають один загальний недолік - зворотно-поступальний рух поршня повинен бути перетворений на обертальний рух коліс. Звідси і свідомо низький ККД, і висока зношування елементів механізму. Багатьом хотілося побудувати двигун внутрішнього згоряння так, щоб усі рухомі частини в ньому тільки оберталися - як це відбувається в електромоторах.

Однак завдання виявилося не простим, успішно вирішити його вдалося лише механіку-самоукові, який за все своє життя так і не здобув ні вищої освіти, ні навіть робочої спеціальності.

Фелікс Генріх Ванкель (Felix Heinrich Wankel, 1902–1988) народився 13 серпня 1902 року у невеликому німецькому містечку Лар. Під час Першої світової війни загинув батько Фелікса, через що майбутньому винахіднику довелося покинути гімназію та піти працювати учнем продавця у книжковій лавці під час видавництва. Завдяки цій роботі Ванкель звик до читання книг, за якими він самостійно вивчав технічні дисципліни, механіку та автомобілебудування.

Існує легенда, що розв'язання задачі прийшло сімнадцятирічному Феліксу уві сні. Правда це чи ні – невідомо. Зате очевидно, що Фелікс володів вельми неабиякими здібностями до механіки та «незамиленим» поглядом на речі. Він зрозумів, як усі чотири цикли роботи звичайного двигуна внутрішнього згоряння (впорскування, стиск, згоряння, вихлоп) можна здійснити при обертанні.

Досить швидко Ванкель прийшов до першої конструкції двигуна, і в 1924 він організував невелику майстерню, яка також служила і імпровізованою «лабораторією». Тут Фелікс і почав проводити перші серйозні дослідження у галузі роторно-поршневих ДВС.

З 1921 Ванкель був активним членом НСДАП. Він виступав за партійні ідеали, був засновником всенімецького військового юнацького об'єднання та юнгфюрером різних організацій. 1932 року він вийшов із партії, звинувативши одного зі своїх колишніх колег у політичній корупції. Однак, за зустрічним обвинуваченням, йому самому довелося провести у в'язниці шість місяців. Звільнившись із ув'язнення завдяки заступництву Вільгельма Кепплера (Wilhelm Keppler), він продовжив роботи над двигуном. У 1934 році він створив перший досвідчений зразок і отримав на нього патент. Він сконструював нові клапани та камери згоряння для свого двигуна, створив кілька різних його варіантів, розробив класифікацію кінематичних схем різних роторно-поршневих машин.

В 1936 прототип двигуна Ванкеля зацікавив BMW - Фелікс отримав гроші і власну лабораторію в Ліндау для розробки досвідчених авіадвигунів.

Втім, до розгрому фашистської Німеччини жоден двигун Ванкеля в серію не пішов. Можливо, на доведення конструкції до розуму та створення масового виробництва потрібно було надто багато часу.

Після війни лабораторію було закрито, обладнання вивезено до Франції, а Фелікс залишився без роботи (відбилося колишнє членство в націонал-соціалістичній партії). Однак невдовзі Ванкель все ж таки отримав посаду інженера-конструктора в компанії NSU Motorenwerke AG, яка є одним із найстаріших виробників мотоциклів та автомобілів.

У 1957 році спільними зусиллями Фелікса Ванкеля та провідного інженера NSU Вальтера Фреде (Walter Froede) роторно-поршневий двигун вперше було встановлено на автомобіль NSU Prinz. Початкова конструкція виявилася далекою від досконалості: навіть для заміни свічок потрібно було розбирати майже весь «движок», надійність залишала бажати кращого, а про економічність на даному етапі розробки взагалі говорити було грішно. В результаті випробувань у серію пішов все ж таки автомобіль з традиційним ДВС. Проте перший роторно-поршневий двигун DKM-54 довів свою принципову працездатність, відкрив напрями для подальшого доведення та продемонстрував колосальний потенціал «роторників».

Таким чином, новий тип ДВС отримав, нарешті, свою путівку у життя. Надалі його чекає ще чимало удосконалень та доопрацювань. Але перспективи роторно-поршневого двигуна настільки привабливі, що інженерів вже нічого не могло зупинити у справі доведення конструкції до експлуатаційної досконалості.

Перш ніж розбирати переваги та недоліки роторно-поршневих ДВС, варто все-таки докладніше розглянути їхню конструкцію.
У центрі ротора пророблено круглий отвір, зсередини покритий зубцями як у шестерні. У цей отвір вставлений вал меншого діаметра, що обертається, також з зубцями, що забезпечує відсутність прослизання між ним і ротором. Відносини діаметрів отвору і валу підібрані так, щоб вершини трикутника рухалися однією і тією ж замкненою кривою, яка називається «епітрохоїда», - мистецтво Ванкеля як інженера полягало в тому, щоб спочатку зрозуміти, що це можливо, а потім все точно розрахувати. У результаті поршень, що має форму трикутника Рело, відсікає в камері, що повторює форму знайденої Ванкелем кривої, три камери змінного об'єму і положення.

Конструкція роторно-поршневого ДВЗ дозволяє реалізувати будь-який чотиритактний цикл без застосування спеціального механізму газорозподілу. Завдяки цьому факту «роторник» виявляється значно простішим за звичайний чотиритактний поршневий двигун, у якому в середньому майже на тисячу деталей більше.

Герметизація робочих камер у роторно-поршневому ДВС забезпечується радіальними та торцевими ущільнювальними пластинами, що притискаються до «циліндра» стрічковими пружинами, а також відцентровими силами та тиском газу.

Ще одна його технічна особливість – це висока «продуктивність праці». За один повний оборот ротора (тобто за цикл «впорскування, стиснення, займання, вихлоп»), вихідний вал робить три повні обороти. У звичайному поршневому двигуні таких результатів можна досягти лише використовуючи шестициліндровий ДВС.

Після першої ж успішної демонстрації роторного ДВС в 1957 найбільші автогіганти стали виявляти до розробки підвищений інтерес. Спочатку ліцензію на двигун, який отримав неформальну назву "ванкель", купила корпорація Curtiss-Wright, через рік, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp та Mazda. Усього за досить короткий проміжок часу ліцензії на нову технологію придбали близько ста компаній у всьому світі, включаючи таких монстрів як Rolls-Royce, Porsche, BMW та Ford.
Такий інтерес до «ванкелю» таких великих гравців автомобільного ринку пояснюється його великим потенціалом і значними перевагами - у роторно-поршневому двигуні на 40% менше деталей, він простіше у ремонті та виробництві.

До того ж «ванкель» майже вдвічі компактніший і легший за традиційний поршневий ДВС, що у свою чергу покращує керованість автомобіля, полегшує оптимальне розташування трансмісії і дозволяє зробити більш просторий і зручний салон.

Роторно-поршневий двигун розвиває високу потужність за досить скромної витрати палива. Наприклад, сучасний «ванкель» об'ємом всього 1300 см розвиває потужність в 220 к.с., а з турбокомпресором - все 350. Ще один приклад - мініатюрний двигун OSMG 1400 вагою 335 г (робочий об'єм 5 см) розвиває потужність в 1, .с. Фактично, ця крихітка на 27% сильніша за коня.

Ще одна важлива перевага – низький рівень шумів та вібрацій. Роторно-поршневий двигун відмінно врівноважений механічно, крім того маса частин, що рухаються (і їх кількість) в ньому значно менше, завдяки чому «ванкель» працює набагато тихіше і не вібрує.

І, нарешті, роторно-поршневий двигун відрізняється чудовими динамічними характеристиками. На низькій передачі можна без особливого навантаження на двигун розігнати автомобіль до 100 км/год на високих обертах двигуна. Крім того, сама конструкція «ванкеля» за рахунок відсутності механізму перетворення зворотно-поступального руху на обертальний, здатна витримати більші оберти, ніж традиційний ДВС.

Після NSU Spyder, що вийшов у 1964 році, пішли легендарна модель NSU Ro 80 (у світі досі існує безліч клубів власників цих машин), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973). Але єдиним масовим виробником стала японська Mazda, що випускала з 1967 року часом по 2-3 нові моделі з РПД. Роторні двигуни ставили на катери, снігоходи та легкі літаки. Кінець ейфорії прийшов у 1973 році, у розпал нафтової кризи. Ось тут і виявився основний недолік роторних двигунів — неекономічність. За винятком Mazda, всі автовиробники згорнули роторні програми, а у японської компанії продажі по Америці скоротилися з 104 960 проданих машин в 1973 році до 61 192 - в 1974-му.
Поряд із незаперечними достоїнствами, «ванкель» також мав і цілу низку дуже серйозних недоліків. По-перше, довговічність. Один із перших прототипів роторно-поршневих двигунів на випробуваннях виробив свій ресурс лише за дві години. Наступний, успішніший DKM-54 вже витримав сто годин, але цього для нормальної експлуатації автомобіля все одно було недостатньо. Основна проблема крилася у нерівномірному зносі внутрішньої поверхні робочої камери. На ній в процесі експлуатації з'являлися поперечні борозни, які отримали ім'я «мітки диявола», що говорить.

У компанії Mazda після придбання ліцензії на «ванкель» було сформовано цілий відділ, який займався удосконаленням роторно-поршневого двигуна. Незабаром з'ясувалося, що при обертанні трикутного ротора, заглушки на його вершинах починають вібрувати, в результаті чого і утворюються «мітки диявола».

В даний час проблему надійності та довговічності остаточно вирішили, застосувавши високоякісні зносостійкі покриття, у тому числі керамічні.

Інша серйозна проблема – підвищена токсичність вихлопу «ванкелю». Порівняно із звичайним поршневим ДВЗ «роторник» виділяє в атмосферу менше оксидів азоту, але набагато більше вуглеводнів, за рахунок неповного згоряння палива. Досить швидко інженери Mazda, які увірували в блискуче майбутнє «ванкелю», знайшли просте та ефективне вирішення цієї проблеми. Вони створили так званий термальний реактор, у якому залишки вуглеводнів у вихлопних газах просто «досягали». Першим автомобілем, який реалізував таку схему, став Mazda R100, також званий Familia Presto Rotary, випущений у 1968 році. Ця машина, одна з небагатьох, відразу пройшла дуже жорсткі екологічні вимоги, висунуті США в 1970 для імпортованих авто.

Наступна проблема роторно-поршневих двигунів частково випливає із попередньої. Це – економічність. Витрата палива стандартного «ванкелю» через неповне згоряння суміші суттєво вища, ніж у стандартного ДВЗ. І знову інженери Mazda взялися до роботи. За допомогою цілого комплексу заходів, що включають переробку термореактора та карбюратора, додавання теплообмінника у вихлопну систему, розробку каталітичного конвертера та впровадження нової системи запалювання, компанія досягла зниження споживання палива на 40%. Внаслідок цього безперечного успіху в 1978 році був випущений спортивний автомобіль Mazda RX-7.

В цей час у всьому світі машини з роторно-поршневими двигунами випускала тільки Mazda і ... АвтоВАЗ.
Саме в провальному 1974 радянський уряд створює на Волзькому автозаводі спеціальне конструкторське бюро РПД (СКБ РПД) - соціалістична економіка непередбачувана. У Тольятті розпочалися роботи з будівництва цехів для серійного виробництва «ванкелів». Оскільки ВАЗ спочатку планувався як простий копіювальник західних технологій (зокрема, фіатівських), заводськими фахівцями було прийнято рішення відтворювати двигун Mazda, геть-чисто відкинувши всі десятирічні напрацювання вітчизняних двигунобудівних інститутів.

Радянські чиновники досить довго вели переговори з Феліксом Ванкелем щодо купівлі ліцензій, причому деякі з них проходили прямо в Москві. Грошей, щоправда, не знайшли і тому скористатися деякими фірмовими технологіями не вдалося. У 1976 році запрацював перший волзький односекційний двигун ВАЗ-311 потужністю 65 к.с., ще п'ять років пішло на доведення конструкції, після чого була випущена досвідчена партія в 50 штук роторних «одиничок» ВАЗ-21018, що миттєво розійшлися серед працівників ВАЗу. Відразу ж з'ясувалося, що двигун тільки зовні нагадував японський — сипатися він став навіть по-радянському. Керівництво заводу було змушене за півроку замінити всі двигуни на серійні поршневі, скоротити на половину штат СКБ РПД та призупинити будівництво цехів. Порятунок вітчизняного роторного двигунобудування прийшов від спецслужб: їх не дуже цікавила витрата палива та ресурс двигуна, натомість — динамічні характеристики. Відразу з двох двигунів ВАЗ-311 було зроблено двосекційний РПД потужністю 120 к.с., який став встановлюватися на «спецединичку» — ВАЗ-21019. Саме цій моделі, що отримала неофіційну назву «Аркан», ми завдячуємо незліченною кількістю байок про міліцейські «Запорожці», які наздоганяють наворочені «Мерседеси», а багато правоохоронців — орденами та медалями. До 90-х років зовні невибагливий «Аркан» справді легко наздоганяв усі машини. Крім ВАЗ-21019 на АвтоВАЗі також випускаються малі партії автомобілів ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Максимальна швидкість роторної "вісімки" становить близько 210 км/год, а до сотні вона розганяється лише за 8 секунд.

СКБ РПД, який ожив на спецзамовленнях, став робити двигуни для водного та автоспорту, де машини з роторними двигунами стали настільки часто завойовувати призові місця, що спортивні чиновники були змушені заборонити застосування РПД.

У 1987 році помер керівник СКБ РПД Борис Поспелов і на загальних зборах був обраний Володимир Шнякін — людина, яка прийшла в автомобілебудування з авіації та недолюблива наземний транспорт. Головним напрямом СКБ РПД стає створення двигунів для авіації. Це була перша стратегічна помилка: літаків у нас випускається набагато менше автомобілів, а завод живе з проданих двигунів.

Другою помилкою стала орієнтація в виробництві автомобільних РПД на малопотужні двигуни ВАЗ-1185 в 42 к.с. для «Оки», хоча більш ненажерливі, але динамічніші роторні двигуни так і просяться на найшвидшехідні вітчизняні машини — наприклад, на «вісімки». Ті ж японці встановлюють "ванкелі" лише на спортивні моделі. У результаті на російських дорогах виявилося лише кілька роторних мікролітражок «Ока». У 1998 році був підготовлений цивільний варіант двоциліндрового роторного 1,3-літрового двигуна ВАЗ-415, який стали встановлювати на ВАЗ-2105, 2107, 2108 і 2109.

У травні 1998 р. був омологований кільцевий ВАЗ-110 «РПД-спорт» (190 л. с., 8500 об/хв, 960 кг, 240 км/год). На жаль, далі одного-єдиного зразка, що частіше демонструється на виставках, ніж стартує в перегонах, справа не пішла. 110-та була найпотужнішою в пелотоні, але відверто сира конструкція щоразу не давала їй продемонструвати весь свій потенціал. Однак найприкріше те, що на «ВАЗі» швидко охололи до роторного напрямку, а унікальну «Ладу» переробили в ралі-кар зі звичайним ДВС.

То чому всі провідні виробники автомобілів ще не пересіли на «ванкелі»? Справа в тому, що для виробництва роторно-поршневих двигунів потрібна, по-перше, відточена технологія з безліччю найрізноманітніших нюансів і далеко не кожна компанія готова пройти шлях тієї ж Mazda, принагідно наступаючи на численні граблі. А по-друге, потрібні спеціальні високоточні верстати, здатні виточувати поверхні, описані такою хитрою кривою, як епітрохоїда.

Mazda RX-7 - це один із перших автомобілів, на якому ставився роторно-поршневий двигун Ванкеля. За всю історію Mazda RX-7 було чотири покоління. Перше покоління з 1978 до 1985 року. Друге покоління – з 1985 по 1991. Третє покоління – з 1992 по 1999. Останнє, четверте покоління – з 1999 по 2002 рік. Перше покоління RX-7 з'явилося 1978 року. Воно мало середньомоторне компонування та оснащувалося роторним двигуном потужністю всього 130 л. с.

В даний час тільки Mazda займається серйозними дослідженнями в області роторно-поршневих двигунів, поступово вдосконалюючи їх конструкцію, і більшість підводних каменів у цій галузі вже пройдено. «Ванкелі» цілком відповідають світовим стандартам щодо рівня токсичності вихлопу, споживання палива та надійності. Для сучасних верстатів поверхні описані епітрохоїдою не є проблемою (як не є проблемою і набагато складніші криві), нові конструкційні матеріали дозволяють збільшити термін служби роторно-поршневого двигуна, а його вартість вже зараз виявляється нижчою, ніж у стандартного ДВС за рахунок меншої кількості використовуваних деталей.

Як і NSU, Mazda в 60-ті роки. була невеликою компанією з обмеженими технічними та фінансовими ресурсами. Основу її модельного ряду становили розвізні вантажівки та сімейні малолітражки. Тому немає нічого дивного, що спорт-купе Mazda 110S Cosmo (982 см куб., 110 к. с., 185 км/год) створювалося більше 6 років і виявилося дуже примхливим і дорогим. Та й зіпсована NSU Ro80 репутація не сприяла ажіотажу (у 1967–1972 рр. знайшли своїх власників лише 1175 «космосів»), але світовий інтерес до 110S сприяв збільшенню продажів решти продукції фірми!

Щоб довести, що РПД настільки ж надійний (його перевага в потужності вже стала для всіх очевидною), Mazda чи не вперше в житті взяла участь у змаганнях, причому обрала найважчі і найтриваліші перегони – 84-годинний Marathon De La Route, що проходив на Нюрбургрінг. Як екіпажу з Бельгії вдалося зайняти 4-е місце (друга машина зійшла з дистанції за три години до фінішу через гальма, що заклинили), поступившись тільки «вирослим» на «Нордшляйфі» Porsche 911, схоже, так і залишиться загадкою.

Майстерня Ванкеля в Ліндау

Хоча з того часу японські «роторники» стали завсідниками гоночних трас, великого успіху в Європі їм довелося чекати 16 років. 1984-го британці на RX-7 виграли престижну добову гонку у Спа-Франкошамп. А ось у США, на головному ринку «сімки», її гоночна кар'єра складалася набагато успішніше: з моменту дебюту в чемпіонаті IMSA GT в 1978 році і по 1992-й вона виграла у своєму класі більше сотні етапів, причому з 1982 по 1992 рр. була першою в головній гонці серії - 24 hours of Daytona.

У ралі у "Мазд" все йшло не так гладко. Як це часто бувало з японськими командами (Toyota, Datsun, Mitsubishi), вони виступали лише на окремих етапах ралійного чемпіонату світу (Нова Зеландія, Великобританія, Греція, Швеція), які в першу чергу цікавлять маркетингові відділи концернів. Національних титулів вистачало: так, у 1975–1980 роках. Рід Міллен виграв цілих п'ять у Новій Зеландії та США. А ось у WRC успіхи були виключно локальними: найкраще, що показали RX-7, – 3-те та 6-е місця в грецькому «Акрополісі» 1985 року.

Ну а найгучнішим успіхом Mazda взагалі і РПД, зокрема, стала перемога її спортпрототипу 787B (2612 см куб., 700 к. с., 607 Нм, 377 км/год) у Ле Мані в 1991 році. Причому здолати заводські Porsche, Peugeot і Jaguar допомогли не тільки швидкі пілоти та конкурентоспроможна техніка: свою роль відіграла і наполегливість японських менеджерів, які регулярно «вибивали» для роторників всілякі послаблення в регламенті. Так, напередодні перемоги 787-го організатори перегонів погодилися компенсувати ненажерливість "роторників" 170-кілограмовим (830 проти 1000) зниженням маси. Парадокс полягав у тому, що, на відміну від бензинових моторів, «апетит» РПД при подальшому форсуванні ріс набагато скромнішими темпами, ніж у звичайних поршневих моторів, і 787-й виявився економічнішим за своїх основних конкурентів!

То був шок. Mercedes, який журнал Stern за консерватизм називав не інакше як «виробник авто для 50-річних панів у капелюхах», у 1969 році презентував супер-кар, що вражав навіть кольором. Яскраво-оранжеве забарвлення, що викликає, підкреслено клиноподібна форма, середньомоторне компонування, двері «крило чайки» і надпотужний трисекційний РПД (3600 см куб., 280 к. с., 260 км/год) – для консервативного Mercedes це було щось!

А оскільки в компанії не будували концептів, усі вважали, що С111 має лише один шлях: дрібносерійне (омологаційне) складання та велике гоночне майбутнє, адже з 1966 року ФІА допустила РПД до офіційних змагань. І в штаб-квартиру Mercedes посипалися чеки з проханням вписати потрібну суму за право мати С111. Штутгартці ж ще більше підігріли інтерес до «ески», в 1970 р. представивши другу генерацію купе з ще більш фантастичним дизайном, 4-секційним ротором і дивовижними характеристиками (4800 см куб., 350 л. с., 300 км/год). Для доведення Mercedes побудував п'ять макетів, які днювали і ночували на Хокенхаймрінг і Нюрбургрінг, готуючись встановити серію рекордів швидкості. Преса смакувала майбутню «битву титанів» між роторним Mercedes, атмосферним Ferrari та наддувним Porsche у чемпіонаті світу з гонок на витривалість. На жаль, повернення у великий спорт не відбулося. По-перше, С111 був дуже дорогим навіть для Mercedes, по-друге, німці не могли пустити у продаж таку сиру конструкцію. А після карибської нафтової кризи вони взагалі прикрили проект, зосередившись на дизельних двигунах. Ними й обладнали останні версії C111, які встановили кілька світових рекордів.

Фелікс Ванкель, який не має закінченої технічної освіти, під кінець життя досяг світового визнання в галузі двигунобудування та ущільнювальної техніки, завоювавши масу нагород і титулів. Його ім'ям названо вулиці та площі німецьких міст (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring). Окрім двигунів, Ванкель розробив нову концепцію швидкісних суден та самостійно побудував кілька човнів.

Найцікавіше, що роторний двигун, який зробив його мільйонером і приніс йому всесвітню славу, Ванкель не любив, вважаючи його «гидким каченям». Реальні працюючі РПД були зроблені за так званою «концепцією ККМ», яка передбачає планетарне обертання ротора і вимагає введення зовнішніх противаг. Неабияку роль відіграв і той факт, що цю схему запропонував не Ванкель, а інженер NSU Вальтер Фройде. Сам же Ванкель до останніх днів вважав ідеальною схему двигуна «з поршнями, що обертаються, без нерівномірно обертових частин» (Drehkolbenmasine — DKM), концептуально набагато більш красиву, але технічно складну, яка вимагає, зокрема, установки свічок запалювання на роторі, що обертається. Тим не менш, роторні двигуни по всьому світу пов'язують саме з ім'ям Ванкеля, оскільки всі, хто близько знав виборця, в один голос стверджують, що без невгамовної енергії німецького інженера світ так і не побачив би цього дивовижного пристрою. Фелік Ванкель пішов із життя у 1988 році.
Цікава історія з Mercedes 350 SL. Ванкель дуже хотів мати роторний Mercedes С-111. Але фірма Mercedes не пішла йому назустріч. Тоді винахідник взяв серійний 350 SL, викинув звідти «рідний» двигун і встановив ротор від С-111, який був легшим за 8-циліндровий на 60 кг, але розвивав істотно велику потужність (320 к.с. при 6500 об/хв). У 1972 році, коли інженерний геній закінчив роботу над своїм черговим дивом, він міг би сидіти за кермом найшвидшого на той момент "Мерседеса" SL-класу. Іронія полягала в тому, що права водія Ванкель до кінця життя так і не отримав.

Відродженням інтересу до РПД ми зобов'язані новому двигуну Mazda Renesis (від RE – Rotary Engine – та Genesis). За десятиліття японським інженерам вдалося вирішити всі основні проблеми РПД — токсичність вихлопу і неекономічність. Порівняно з попередником вдалося скоротити споживання масла на 50%, бензину на 40% і довести викид шкідливих оксидів до норм, що відповідають Euro IV. Двоциліндровий двигун об'ємом всього 1,3 л видає потужність 250 л.с. і займає набагато менше місця у руховому відсіку.

Спеціально під новий двигун був розроблений автомобіль Mazda RX-8, який, за словами бренд-менеджера Mazda Motor Europe Мартіна Брінка, створювався за новою концепцією - автомобіль "будувався" навколо двигуна. У результаті розважування по осях RX-8 ідеальне - 50 на 50. Використання унікальної форми і маленьких розмірів двигуна дозволило помістити центр тяжіння дуже низько. "RX-8 не є гоночним монстром, але це найкраща в управлінні машина, яку я коли-небудь водив", - із захопленням розповідав Popular Mechanics Мартін Брінк.

Бочка меду.

Поза сумнівом, з першого погляду роторно-поршневий двигун має масу переваг перед традиційними двигунами внутрішнього згоряння:
- меншим на 30-40% кількістю деталей;
- меншими в 2-3 рази габаритами та масою, порівняно з відповідним за потужністю стандартним ДВС;
- плавна характеристика крутного моменту у всьому діапазоні оборотів;
- відсутність кривошипно-шатунного механізму, а, отже, набагато менший рівень вібрації та шуму;
- Високий рівень оборотів (до 15000 об/хв!).

Ложка дьогтю…

Здавалося б, якщо «Ванкель» має такі переваги над поршневим двигуном, то кому потрібні ці громіздкі, важкі, гримлячі та вібруючи поршневі двигуни? Але, як це часто буває, практично все далеко не так шоколадно. Жоден геніальний винахід, вийшовши за поріг лабораторії, вирушав у кошик із позначкою «для сміття». Серійне виробництво знайшло не на один камінь, а на цілий розсип граніту:
- відпрацювання процесу згоряння в камері несприятливої ​​форми;
- забезпечення герметичності ущільнень;
- забезпечення роботи без жолоблення корпусу в умовах нерівномірного нагріву;
- Низький термічний ККД через те, що камера згоряння РПД набагато більша, ніж у традиційного ДВС;
- висока витрата палива;
- висока токсичність газоподібних продуктів згоряння;
- Вузька зона температур для роботи РПД: при низьких температурах потужність двигуна різко падає, при високих - швидке зношування ущільнень ротора.

І чого більше? Плюсів чи мінусів? Чи коштує овчинка вичинки? Чи має сенс (якщо не більше – можливість) освоювати серійне виробництво РПД?

Єдиною на сьогоднішній день моделлю роторного мотора, що випускається в промислових масштабах, є двигун Ванкеля, який відноситься до типу роторних двигунів з планетарним круговим рухом головного робочого елемента. Таке конструктивне компонування роторного двигуна є, безсумнівно, найпростішим за своїм технічним пристроєм, але не найоптимальнішою за способом організації робочих процесів і тому має свої невід'ємні та серйозні недоліки.

Роторних двигунів з планетарним рухом головного робочого елемента існує досить багато різновидів, але вони відрізняються один від одного лише кількістю граней ротора і відповідною формою внутрішньої поверхні корпусу. Наведені схеми різних компоновок подібних двигунів взяті з книги «Судові роторні двигуни», видання 1967 року, авторів Є.Акатов, В.Бологов та ін. і підготовлені до публікації в електронному вигляді автором цього сайту.

Коротко розглянемо саму конструкцію двигуна цього типу разом з історією його появи та сферою застосування. Історія створення роторних двигунів із планетарним обертальним рухом головного робочого елемента починається у 1943 році, коли винахідник Майлар запропонував першу подібну схему. Потім протягом короткого часу подали ще кілька патентів на двигуни подібної схеми. У тому числі розробник німецької фірми NSU - В. Фреде. Але головним слабким місцем цієї схеми роторного двигуна були системи ущільнень між ребрами на стику сусідніх граней трикутного ротора, що обертається, і стінками нерухомого корпусу. Ось до вирішення цієї складної інженерної задачі і був підключений Р. Ванкель як фахівець із ущільнень. Незабаром завдяки своїй енергійності та інженерному мисленню він став лідером групи розробників. У 1957 році в лабораторії фірми NSU побудували прототип роторного двигуна типу «DKM», з трикутним ротором та робочою камерою у формі капсули, в якій ротор був нерухомим, а корпус обертався навколо нього. Набагато практичнішим був варіант компонування типу KKM з нормальною схемою — робоча камера в корпусі була нерухомою, а в ній обертався ротор. Цей двигун з'явився роком пізніше, 1958-го. У листопаді 1959 року NSU офіційно оголосила про створення працюючого роторного двигуна. За короткий час близько 100 компаній у всьому світі придбали ліцензії на цю технологію, причому 34 з них були японськими.

Двигун виявився дуже невеликим, потужним і мав мало деталей. У Європі почалися продажі машин з роторними двигунами, але, як виявилося, у них малий моторесурс, вони споживали багато палива і мали дуже токсичний вихлоп. Нафтова криза 1973 через чергову арабо-ізраїльську війну, коли ціни на бензин збільшилися в кілька разів, різко порушив питання про економічність автомобільних моторів. Через це в Європі та Америці спроби довести роторний двигун Ванкеля до потрібного ступеня досконалості було припинено. І лише японська компанія Mazda наполегливо продовжувала роботи у цьому напрямі. А ще радянський завод ВАЗ – оскільки бензин на той час у СРСР коштував копійки, а потужний, хоч і з малим ресурсом, мотор був потрібен силовим відомствам. Але в 2004 році малосерійне виробництво на ВАЗі було закрито і на сьогоднішній момент Mazda є єдиним автовиробником, який серійно випускає автомобілі з двигуном роторним. В даний час у світі серійно випускається лише один автомобіль із роторним двигуном системи Ванкеля – це спортивне купе Mazda RX-8. На цій машині встановлюється двигун «RENESIS» з двома роторними секціями загальним об'ємом 1,3 літра. Двигун виконується у кількох варіантах з потужністю від 200 до 250 к.с.

.

Після короткого огляду історії роторного двигуна із планетарним рухом ротора зупинимося на розгляді його переваг та недоліків. ПЕРЕВАГИ роторного двигуна Ванкеля в порівнянні з традиційними поршневими моторами: 1) Підвищена питома потужність (к.с./кг), вона практично вдвічі перевищує цей показник поршневих 4-тактних двигунів. Маса нерівномірно рухомих частин у двигуні Ванкеля набагато менше, ніж в аналогічних за потужністю поршневих двигунах, і амплітуда таких неврівноважених рухів помітно менше. Це відбувається через те, що в «поршневику» здійснюються зворотно-поступальні рухи, а в двигуні Ванкеля – обертальні, планетарної схеми. До того ж у двигуні Ванкеля відсутні колінчастий вал та шатуни.

На підвищену потужність Ванкеля грає і те, що такий двигун однороторної конструкції видає потужність протягом трьох чвертей кожного оберту вихідного валу. На відміну від одноциліндрового 4-тактного поршневого двигуна, який видає потужність тільки протягом однієї чверті кожного обороту вихідного валу. Саме з цих причин з одиниці об'єму камери згоряння в серійному роторному двигуні Ванкеля знімається набагато більша потужність. При об'ємі робочої камери 1300 см Mazda RX-8 має потужність 200 к.с.

Саме тому особливою ознакою Mazda RX є відмінні динамічні характеристики:

• на низькій передачі можна без зайвого навантаження на двигун розігнати машину вище 100 км/год на більш високих оборотах двигуна (8000 об/хв і більше).
• двигун Ванкеля набагато легше механічно врівноважити та позбутися вібрації, що дозволяє підвищити комфортність легких транспортних засобів типу мікроавтомобілів;
• габаритні розміри роторно-поршневого двигуна менше в 1,5-2 рази у співвідношенні з порівнянним за потужністю поршневим двигуном.

У двигуні Ванкеля на 35 - 40% менше деталей.

Недоліки:

1) Мала довжина робочого ходу грані трикутного ротора, Хоча ці показники безпосередньо з поршневим мотором порівнювати складно - занадто різні типи рухів поршня і ротора, але у Ванкеля двигуна приблизно на п'яту частину менше довжина робочого ходу. Тут є одна корінна відмінність Ванкеля від поршневого мотора - у «поршневика» йде збільшення обсягу в напрямку одного лінійного напрямку, яке збігається з напрямком робочого ходу. А у Ванкеля – це складний рух і тільки частина траєкторії переміщення трикутного ротора з планетарним рухом стає власне лінією робочого ходу. (РИС.) Саме тому у двигуна Ванкеля паливна ефективність гірша, ніж у поршневих моторів. Тому через малу довжину робочого ходу дуже висока температура вихлопних газів – робочі гази не встигають передати основний свій тиск на ротор, як вже відкривається вихлопне вікно і гарячі гази високого тиску з об'ємними фрагментами робочої суміші, що ще не припинили горіння, виходять у вихлопну трубу. Тому температура вихлопних газів у двигуна Ванкеля дуже висока.

2) Складна форма камери згоряння "серповидної" форми. У такої камери згоряння велика поверхня контакту газів зі стінками корпусу та ротором. Тому значна честь тепла йде на нагрівання деталей двигуна, а це знижує тепловий ККД і посилює нагрівання двигуна. Крім того, така форма камери згоряння призводить до погіршення сумішоутворення та уповільнення швидкості горіння робочої суміші. Тому на моторі Mazda RX-8 стоять дві свічки запалювання на одній роторній секції. Ці особливості також негативно впливають на рівень термодинамічного ККД.

3) Потенційно низький для роторного двигуна крутний момент. Для того щоб зняти обертання з ротора, що рухається, центр обертання якого сам безперервно здійснює планетарне обертання по круговій траєкторії навколо геометричного центру робочої камери, в цьому двигуні застосовується ексцентрично розташовані на головному валу диски. По суті – це елементи кривошипного пристрою. Тобто двигун Ванкеля так і не зміг повністю позбавитися головної нестачі класичних поршневих ДВС – кривошипно – шатунного механізму. Хоч він і представлений у моторі Ванкеля у своєму полегшеному варіанті – у вигляді ексцентрикового валу, але найголовніші вади цього механізму: рваний, пульсуючий режим моменту, що крутить, і мале плече головного елемента, що сприймає крутний момент – так і залишилися «не вилікуваними». (рис.) Саме тому односекційний Ванкель малопрацездатний і потрібно робити 2 або 3 роторні секції для отримання нормальних робочих характеристик, ще бажано ставити на вал додатково і маховик. Крім наявності в двигуні Ванкеля кривошипного механізму, на малий для роторного двигуна момент, що крутить, ще впливає і те, що кінематична схема такого мотора влаштована дуже нераціонально з точки зору сприйняття поверхнею ротора тиску робочих газів розширення. Тому лише деяка частина тиску – близько третини – перетворюється на робоче обертання ротора і створює крутний момент. Докладніше крутний момент поговоримо в спеціальному розділі сайту.

Детально про принцип виникнення моменту, що крутить, в роторному двигуні Ванкеля Дивись на сторінці сайту КРУТНИЙ МОМЕНТ

4) Присутність у корпусі вібрацій. Справа в тому, що система роторного двигуна з планетарним рухом робочого елемента передбачає нерівноважний рух цього органу. Тобто. при обертанні центр мас ротора здійснює безперервний обертальний рух навколо центру мас корпусу і радіус цього обертання дорівнює плечу ексцентрика головного валу двигуна. Саме тому на корпус мотора діє зсередини вектор сили, що постійно обертається, рівний відцентровій силі, що виникає на роторі. Тобто ротор при обертанні на ексцентриковому валу, що обертається у свою чергу, має в характері свого руху неминучі і виражені елементи коливального руху. Що призводить до неминучості вібрацій. (МАЛ.)

5) Швидке зношування торцевих радіальних ущільнень на кутах трикутника ротора, так як на них йде сильне радіальне навантаження, неминуче в двигуні Ванкеля за самим його принципом роботи. (МАЛ.)

6) Постійна загроза прориву газів високого тиску із порожнини одного робочого такту в порожнину іншого такту. Це тому, що контакт радіального ущільнення ребра ротора і стінки камери згоряння відбувається по одній тонкій лінії. При цьому існує проблема прориву газів через гнізда установки свічок, коли над ними проходить ребро ротора.

7) Складна система мастила ротора, що обертається. У моторі Mazda RX-8 спеціальні форсунки впорскують масло в камери згоряння для змащення тертьових при обертанні об стінки камери згоряння ребер ротора. Це посилює токсичність вихлопу і водночас робить двигун дуже вимогливим до якості масла. Крім того, при високих оборотах виникає підвищені вимоги до мастила циліндричної поверхні ексцентрикової частини головного валу, навколо якої обертається ротор і яка знімає головне зусилля з ротора і переводить у обертання валу. Саме ці дві технічні труднощі, вирішити які дуже непросто, приводили до недостатнього змащення на високих оборотах найбільш навантажених тертям деталей такого мотора, а це, відповідно, різко зменшувало моторесурс двигуна. Саме недостатнє вирішення таких технічних завдань призводило до дуже малого ресурсу Ванкеля моторів, які випускав вітчизняний АвтоВАЗ. (РИС.- вказати циліндричну поверхню контакту внутрішнього гніда ротора та ексцентр диска валу)

8) Високі вимоги до точності виконання деталей складної форми роблять такий двигун складним у виробництві. Таке виробництво вимагає високоточного та дорогого обладнання - верстатів, здатних створювати складні обсяги робочої камери з криволінійною епітрохоїдальною поверхнею. Сам ротор має форму складного трикутника з опуклими поверхнями.

Як видно зі змісту цього розділу сайту, роторний двигун Ванкеля має виражені переваги, так і велика кількість практично непереборних недоліків, які так і не дозволили цьому типу двигунів витіснити мотори з арсеналу сучасної техніки. Хоча такі перспективи всерйоз обговорювалися наприкінці 60-х і на початку 70-х років минулого століття, і в аналітичних оглядах висловлювалися думки, що до кінця 80-х років 20-го століття більше половини автомобілів планети вже матимуть роторні двигуни різних типів. І, незважаючи на наявність негативних рис і технічних труднощів, роторний двигун Ванкеля зміг з'явитися технічно і відбудуться як комерційно дієздатний вид продукції, тому що недоліки його головних конкурентів – поршневих моторів із кривошипно – шатунними механізмами виявляються ще серйознішими та численнішими. І це, не дивлячись. більш як століття спроб їх вдосконалення.

ПРОДОВЖЕННЯ РОЗМОВУ ПРО РОТОРНИЙ ДВИГУН ВАНКЕЛЯ

вересень 2016р.Одна з найважчих проблем всіх типів роторних двигунів-це створення ефективної системи ущільнень, яка повинна створювати замкнутий об'єм у робочих камерах роторного двигуна. Поки що в схемі типу Тверської це одна з головних труднощів. Там потрібно зробити ефективну і непросту у виготовленні систему ущільнень. І щоб потренувати руку і отримати позитивний досвід у такій справі, я вирішив створити невеликий робочий екземпляр двигуна Ванкеля прямо з «нуля». Робота вже добігає кінця- додаю фото такого моторчика.

Ущільнення

Орієнтовна потужність однієї такої роторної секції передбачається близько 35-40 л.с.

ДВИГУН ВАНКЕЛЯ — ГРУДЕНЬ
25 грудня 2016 Виготовлене малого Ванкеля йде в оптимальному ритмі. Двигун готовий на 95%, залишаються невеликі дрібниці.
Так як на деяких майданчиках в інтернеті ці мої фото вже обговорюються і навколо них накручуються чимало фантазій.
Двигун створений з «НОЛЯ», жодної деталі зі сторонніх моделей у ньому немає. У ньому немає ні деталей від Sachs Wankel, які вже не випускаються років 30, ні від сучасних малих сучасних aixro та ін.
Кормпус двигуна виконаний з конструкційної легованої термостійкої сталі, підданої термохімічному зміцненню. Твердість поверхневого шару має показник 70 HRC. Глибина термозміцненого шару складає в середньому 1,5 мм.Точно так само оброблені і до таких же показників твердості і зносостійкості доведені радіальні та торцеві ущільнення. Тобто. не потрібно буде заважати олію з бензином як у 2-х тактних моторах.

Двигун поставлений на токарний верстат і протягом кількох годин піддавався холодній обкатці. Це дозволило оцінити роботу ущільнень та герметичність одержуваних секцій у двигуні як цілком благополучну. Найближчим часом буде заміряно тиск, який виходить в секторі стиснення двигуна.
Запуск двигуна заплановано на кінець січня.

ВІДНОВЛЕННЯ РОБОТИ ПІСЛЯ ПАУЗИ

Після деякої перерви активні роботи відновлено. Зараз (березень-травень 18г) йдуть активні пробні прокручування малої дослідної моделі двигуна. За її підсумками йде доопрацювання ущільнень — найважчого та делікатного елемента у роторних двигунах. Результати дуже обнадійливі.

Головна відмінність внутрішнього пристрою та принципу роботи роторного двигуна від ДВЗ полягає у повній відсутності рухової активності, при цьому вдається досягти високих оборотів роботи мотора. У роторного двигуна або інакше двигуна Ванкеля є й ряд інших переваг, їх ми і розглянемо докладніше.

Загальний принцип влаштування роторного двигуна

РПД одягнений в овальний корпус для оптимального розміщення ротора, що має трикутну форму. Відмінна риса ротора без шатунів і валів, що істотно полегшує конструкцію. Власне, ключовими деталями РД є ротор і статор. Основна рухова функція в такому типі двигуна здійснюється за рахунок руху ротора, розташованого всередині корпусу, що має схожість з овалом.

Принцип дії ґрунтується на високошвидкісному русі ротора по колу, в результаті створюються порожнини для запуску пристрою.

Чому роторні двигуни не мають попиту?

Парадокс роторного двигуна полягає в тому, що при всій простоті конструкції він не настільки затребуваний, як двигун внутрішнього згоряння, що має дуже складні конструктивні особливості та складності при здійсненні ремонтних робіт.

Зрозуміло, роторний двигун не позбавлений недоліків, інакше він знайшов би широке застосування в сучасному автопромі, а можливо ми б і не дізналися про існування ДВС, адже роторний був сконструйований значно раніше. Так навіщо так ускладнювати конструкцію, спробуємо розібратися.

Явними недоліками роторного двигуна можна вважати відсутність надійної герметизації в камері згоряння. Це легко пояснити конструктивними особливостями та умовами роботи двигуна. В ході інтенсивного тертя ротора зі стінками циліндра відбувається нерівномірне нагрівання корпусу і, як наслідок, метал корпусу розширюється від нагрівання лише частково, що і призводить до виражених порушень герметизації корпусу.

Для посилення герметичних властивостей, особливо за умови вираженої різниці температурних режимів між камерою та системою впуску або випуску, сам циліндр виготовляють із різних металів і розміщують їх у різних частинах циліндра, для покращення герметичності.

Для запуску двигуна використовують всього дві свічки, це пов'язано з конструктивними особливостями двигуна, що дозволяють видавати на 20% більше ККД, у порівнянні з двигуном внутрішнього згоряння, за однаковий проміжок часу.

Роторний двигун Желтишева - принцип роботи:

Переваги роторного двигуна

За малих габаритів він здатний розвивати високу швидкість, проте є в цьому нюансі і великий мінус. Незважаючи на малі габарити, саме роторний двигун споживає величезну кількість пального, а ось ресурс роботи двигуна складає всього 65 000 км. Так, двигун всього 1,3 л споживає до 20 л. палива на 100 км. Можливо, це стало основною причиною відсутності популярності цього виду моторів для масового споживання.

Ціна на бензин у всі часи вважається актуальною проблемою людства з огляду на те, що світові запаси нафти розташовані на Близькому сході, в зоні постійних бойових конфліктів, ціни на бензин залишаються досить високими, і в найближчій перспективі немає тенденцій для їхнього зниження. Це призводить до пошуку рішень щодо мінімального споживання ресурсів не на шкоду потужності, в чому і полягає головний аргумент на користь ДВС.

Все це в сукупності визначило становище роторних двигунів як відповідний варіант для спорткарів. Однак відомий у всьому світі виробник авто «Мазда» продовжив справу винахідника Ванкеля. Японські інженери завжди намагаються отримувати з незатребуваних моделей максимум користі шляхом модернізації та застосування інноваційних технологій, що дозволяє зберігати лідируючі позиції на світовому автомобільному ринку.

Принцип роботи роторного двигуна Ахрієвих на відео:

Нова модель «Мазда», оснащена роторним двигуном, не поступається потужністю передовим німецьким моделям, видаючи до 350 кінських сил. При цьому витрата палива була незрівнянно високою. Інженерам-конструкторам «Мазда» довелося зменшити потужність до 200 кінських сил, що дало змогу нормалізувати споживання палива, проте компактні розміри двигуна дозволили наділити авто додатковими перевагами та скласти гідну конкуренцію європейським моделям авто.

У нашій країні роторні двигуни не прижилися. Були спроби встановити їх на транспорт спеціалізованих служб, але цей проект не було профінансовано належним чином. Тому всі успішні розробки в цьому напрямку належать японським інженерам з компанії «Мазда», яка має намір найближчим часом показати нову модель авто з модернізованим двигуном.

Як працює роторний мотор Ванкеля на відео

Принцип роботи роторного двигуна

РПД працює за рахунок обертання ротора, так йде передача потужності на коробку через зчеплення. Перетворюючий момент полягає у передачі енергії палива колесам за рахунок обертання ротора, виготовленого з легованої сталі.

Механізм роботи роторно-поршневого двигуна:

• стиск пального;
• упорскування палива;
• збагачення киснем;
• горіння суміші;
• випуск продуктів згоряння палива

Як працює роторний двигун показано на відео:

Ротор закріплений спеціальному пристрої, при обертанні він утворює незалежні друг від друга порожнини. У першій камері відбувається наповнення повітряно-паливною сумішшю. Надалі вона ретельно перемішується.

Потім суміш переходить в іншу камеру, де відбувається стиснення та займання, завдяки наявності двох свічок. Надалі суміш переміщається в наступну камеру, з неї витісняються частини переробленого палива, що виходять із системи.

Так відбувається повний цикл роботи роторно-поршневого двигуна, заснованого на трьох тактах роботи за лише один оборот ротора. Саме японським розробникам вдалося суттєво модернізувати роторний двигун та встановити у ньому відразу три ротори, що дозволяє значно збільшити потужність.

Принцип роботи роторного двигуна Зуєва:

На сьогодні, удосконалений двороторний двигун порівняний з двигуном внутрішнього згоряння з шістьма циліндрами, а трироторний за потужністю не поступається 12-циліндровому двигуну внутрішнього згоряння.

Не варто забувати і про компактний розмір двигуна та простоту пристрою, що дозволяє при необхідності здійснювати ремонт або повну заміну основних агрегатів двигуна. Таким чином, інженерам компанії «Мазда» вдалося подарувати друге життя цього простого та продуктивного пристрою.

Парові машини, як і традиційні ДВС відрізняються загальним недоліком - зворотно-поступальні рухи поршня повинні перетворюватися на обертальні рухи коліс. Це є причиною низького ККД, високого зносу основних елементів.

Багато інженерів намагалися вирішити цю проблему, придумавши двигун внутрішнього згоряння, всі деталі якого тільки оберталися. Однак винайти такий агрегат зміг механік-самоук, який не закінчив ні вищого, ні навіть середньо-спеціального навчального закладу.

Трохи історії

В 1957 маловідомий механік-винахідник Фелікс Ванкель і провідний інженер NSU Вальтер Фреде стали першими, хто вирішив встановити роторно-поршневий мотор на автомобіль. "Піддослідним" став на NSU Prinz. Початкова конструкція була далекою від досконалості. Наприклад, свічки доводилося міняти майже після повного розбирання агрегату. До того ж, надійність двигуна залишалася під сумнівом, а про економічність можна було не згадувати.

Після безлічі випробувань концерн зайнявся випуском машин із традиційним ДВС. Однак перший роторно-поршневий DKM-54 міг продемонструвати великий потенціал.

Саме так оригінальний різновид ДВС отримав свій шанс на впровадження у виробництво авто. Надалі він постійно доопрацьовувався, проте перспективи роторно-поршневого двигуна вже тоді були очевидними. РПД входить у класифікацію роторних моторів як із 5 представників лінійки.

До 80-х років 20 століття роторні двигуни Ванкеля досліджувалися лише японською компанією Mazda. Ще до цього двигуна виявляв увагу ВАЗ. У СРСР бензин коштував досить дешево, а такий агрегат мав чималу потужність. Проте до 2004 року виробництво машин із таким двигуном припинилося. Японія стала єдиною країною, де триває розробка роторного двигуна.

Є багато різновидів роторних агрегатів. Єдина їхня відмінність - поверхня корпусу та число виконаних на роторі граней. Різні компонування таких моторів застосовуються в авто-і суднобудуванні.

Переваги

Двигун Ванкеля з моменту створення мав безліч вигідних переваг перед поршневими двигунами. Агрегат постійно допрацьовувався, що дозволило підвищити його економічність та продуктивність.

Серед переваг «Ванкеля» виступають:

1. Невеликі габарити та вага. «Ванкель» практично в 2 рази менше поршневого ДВС, що позитивно позначається на керованості машини, сприяє оптимальному монтажу коробки передач, дозволяє зробити салон набагато просторішим.
2. У порівнянні з двотактним двигуном, двигун Ванкеля має набагато менше деталей. Це вигідніше з погляду ремонту.
3. Вдвічі більша потужність, ніж у стандартних ДВС.
4. Велика плавність роботи - відсутність поступально-поворотних рухів сприятливо впливає на комфорт їзди.
5. Можливість заправки низькооктановим бензином.

Всі елементи двигуна обертаються в один бік. Це покращує внутрішній баланс агрегату та знижує вібрації. «Ванкель» видає потужність рівномірно та плавно. За час поки ротор обертається 1 раз, вихідний вал робить 3 обороти. Кожне згоряння здійснюється за фазу 90 обертання ротора.

Це говорить про те, що роторний двигун з 1 ротором здатний видавати потужність кожного повороту вихідного валу. Двигун з 1 циліндром може видавати потужність лише за ¼ кожного витка вихідного валу.

Недоліки

До недоліків двигуна належать незвичність для власників та механіків. Такий агрегат вимагає змінити багато звичок. Наприклад, гальмувати РПД не вдасться, а штурм підйомів «внатяг» приречений на невдачу. Компактний мотор має малу інерцію, чого не скажеш про потужні поршневі ДВС. При частих запусках-вимиканнях «закидаються» свічки. Звук мотора деякі автолюбителі також відносять до недоліків.

Найбільш серйозними є органічні вади роторно-поршневого агрегату. По-перше, він має збільшену витрату пального. Це легко пояснити неоптимальною формою камери, що втрачає тепло через стіни. До того ж, мотор «з'їдає» досить багато олії. Термін експлуатації Ванкеля нижче, ніж у стандартного ДВС -роторні ущільнення регулярно зношуються.

Значна роль відведена жорсткості зовнішньої характеристики роторно-поршневого двигуна. Для керування машиною з таким двигуном потрібно досить часто маніпулювати важелем коробки. Це тим, що необхідний короткий передавальний ряд і збільшена кількість передач.

Ідеальним варіантом є монтаж варіатора. Однак на спорткарах автомати не приживаються, а для авто сімейного типу потрібно більше економічності.

Недоліки РПД схожі на недоліки двотактних поршневих агрегатів. Цікаво, що вилікувати це можна одними й тими самими способами. Збільшене споживання палива збивається безпосереднім упорскуванням, брак еластичності - встановленням фаз, що змінюються. Це підвищує економічність та керованість. Також підвищення еластичності змінюється конфігурація трубопроводів. Такі зміни були виконані на моторі Mazda RX-8.

Як працює

Працює двигун Ванкеля за принципом, який досить просто пояснити навіть необізнаній у механіці людині. Агрегат має мінімум деталей, що дозволяє швидко зрозуміти, які системи задіяні в певні проміжки часу.

Поршень двигуна в РПД замінюється ротором з 3 гранями, який передає силу тиску згоряння газів на вал ексцентрика.

Статор має епітрохоїдальну конфігурацію внутрішніх поверхонь. Він відрізняється високою зносостійкістю, оскільки має спеціальне покриття. У вершинах ротора знаходяться ущільнення, а на поверхні статора є виїмки - вони є своєрідними камерами, в яких відбувається згоряння. Вал обертається на спеціальних підшипниках. Вони розміщені на корпус. Також валоснащенексцентриком - на ньому і обертається ротор.

Шестерня вмонтована у корпус. Вона зчеплена із шестернею ротора. Взаємна дія цих шестерень створює рух ротора. Це дозволяє утворити 3 камери, які постійно змінюють свій об'єм.

Відношення передач шестерень дорівнює 2:3, що забезпечує один оберт валу за поворот ротора на 120 градусів. Коли ротор здійснює повний оборот, всі камери виконують чотиритактний цикл. Гази, що згоряються, діють на ексцентрик валу через ротор - так виникає крутний момент.

Між ротором та статором є 3 камери. Впуск відбувається, коли одна з вершин ротора починає перетинати впускний отвір для упорскування палива. Об'єм камери збільшується, що змушує суміш її заповнити. Наступна вершина закриває вікно. Як і поршень двигуна традиційного виконання, ротор стискає робочу суміш перед займанням.

Вона стискається, при найбільшому стисканні в камері з'являється іскра. Внаслідок цього здійснюється робочий хід. Після випускне вікно під тиском відпрацьованих газів відкривається, і вони залишають камеру.

При одному обороті ротора двигун здійснює 3 цикли - це робить непотрібним застосування пристроїв, що врівноважують.

У процесі є слабкі ланки. Перше – підвищене навантаження на ущільнення, а друге – надлишок динамічного перекриття фаз. Не є оптимальною і конфігурація камери згоряння. Однак є і позитивний момент - якщо підвищувати оберти, швидкість розповсюдження смолоскипа полум'я збільшується швидше, ніж перетікає паливна суміш.

Це дозволяє застосовувати для РПД бензин зі зниженим октановим числом. Принцип роботи Ванкеля досить простий, що свого часу привернуло до винаходу увагу багатьох автовиробників.

Не кожен автолюбитель знає, що Ванкель є одним із п'яти підтипів у класифікації роторних моторів.

Компактність, спритність, висока продуктивність - чи не цього досягають практично всі виробники мотоциклів? Однозначно це так. Однак роторний мотор у мотосвіті таки не прижився. Усі ставки робляться на класичні поршневі двигуни.

Проте історія виробництва мотоциклів існувало кілька винятків. Наприклад, в 1974 Hercules випускає масову серію Wankel, які обладнані двигуном KC-27. Це були роторні агрегати, що оснащувалися повітряним охолодженням. Двигун мав об'єм 294 куб. див. Потужність агрегатів становила 25к.с. Для змащення агрегату, олію потрібно було самостійно заливати у паливний бак.

На початку1980 роторний двигун використовували для оснащення мотоциклів Norton. Незважаючи на те, що досвідчені прототипи таких двигунів з'явилися ще в 1970-х. Інженери Norton успішно впровадили РПД у спорт. До кінця 80-х їм не було рівних.

Сьогодні компанія виробляє 588-кубову модель двома роторами NRV588. Також інженерами Norton ведеться розробка 700сс версії, яка називається NRV700. Вона є потужним спортбайком, оснащеним інжекторним 170-сильним двигуном Ванкеля.

Як видно, доба роторних моторів ще не настала. Поршневі системи так і залишилися лідируючими у сфері авто- та мотобудування. Власники байків із роторними двигунами можуть утворити лише невелике коло фанатів Ванкеля. Відновлений інтерес до «Ванкеля» компанії Norton говорить про швидке піднесення розробок та досягнень у цій сфері.

Однією з причин, з яких двигун не виробляється для оснащення автомобілів та мотоциклів, - необхідність точного обладнання при його виробництві. Найменший шлюб стає причиною виходу двигуна з ладу. Це поки не дозволяє роторному агрегату замінити поршневий двигун навіть у вузьких галузях виробництва.