Двигатель Ванкеля - роторно поршневой двигатель (РПД)
Загрузка...
11.12.2012, 17:11
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.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
Администрация интернет-портала www.doz.ucoz.net не несёт ответственности за действия
его посетителей. Все товарные знаки и знаки обслуживания на этом сайте
являются собственностью соответствующих владельцев.Мнения,
выраженные в публикациях на этом сайте, являются мнениями авторов
публикаций и могут не совпадать с мнением администрации сайта
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.
