Чтобы понять, почему промышленники перестали оснащать автомобили этим типом силовой установки, полезно ознакомиться с принципом работы роторного двигателя. Зная основные особенности, конструкцию, достоинства и недостатки, изучив типы РПД, можно оценить перспективы и вероятность последующего массового производства таких моделей машин.

Принцип работы роторного двигателя

Роторный двигатель работает по схеме, отличной от типовой технологии стандартного двигателя внутреннего сгорания с поршнями в качестве основного движущегося элемента. К тому же силовые агрегаты имеют разную конструкцию.

По аналогии с поршневым двигателем принцип действия РПД основан на преобразовании энергии, получаемой в результате сгорания топливовоздушной смеси. В первом случае давление, создаваемое в цилиндрах при сгорании топлива, заставляет поршни двигаться. Возвратно-поступательные движения шатуна и коленчатого вала преобразуются во вращательные, что приводит к вращению колес.

Ротор движется во внутренней полости овальной капсулы, передавая мощность на сцепление и коробку передач. Благодаря своей треугольной форме он выжимает энергию топлива, направляя ее через трансмиссию в колесную систему. Обязательным условием является использование в качестве материала легированной стали.

Внутри цилиндра, где расположен ротор, происходят следующие процессы:

1. воздушно-топливная смесь сжимается;
2. впрыскивается следующая доза топлива;
3. предоставляется кислород;
4. топливо легковоспламеняющееся;
5. сгоревшие элементы направляют к выходу.

Треугольный ротор закреплен на специальном механизме. Когда двигатель запускается, он совершает точные движения, не вращаясь, а как бы скользя внутри овальной капсулы.

Благодаря своей форме он образует в корпусе 3 изолированные камеры.

В них наблюдаются следующие процессы:

• продукты сгорания выбрасываются на выходе из третьей камеры.
• топливо подается в первую полость через входное окно и втягивается кислород, образуя при перемешивании воздушно-топливную смесь;
• сжатие и воспламенение происходит во втором отсеке;

Схема устройства РПД

Проект RPD включает в себя следующие элементы:

1. Ротор с 3 выпуклыми кромками, которые действуют как поршень. За счет впадин увеличивается частота вращения, образуется больше места для топливовоздушной смеси.
2. Металлические пластины прикреплены к верхушкам с каждой стороны. Их назначение – формирование полостей в теле, где происходят рабочие процессы силовой установки.
3. 2 металлических кольца по краям ротора служат для формирования стенок камеры.
4. В центре конструкции находятся 2 больших колеса с большим количеством зубьев, которые вращаются вокруг шестерен меньшего диаметра. Зубчатая передача соединена с приводным устройством, соединенным с выходным валом. Направление и траектория движения внутри камеры зависят от этой связи.
5. Корпус ротора. Он выполнен в виде условного овала. Такая конфигурация обеспечивает постоянный контакт вершин треугольника со стенками капсулы, создавая 3 изолированных объема газа.
6. Форсунки и выхлопные окна. У них нет клапанов. Впускное отверстие соединено с топливной системой, а выпускное – с выхлопной трубой.
7. Выходной вал эксцентриковой конструкции. В нем есть специальные кулачки, которые смещены от центральной линии. На каждом из этих выступов установлен отдельный ротор. Из-за несимметричной установки происходит неравномерное распределение усилия прижима. Это приводит к возникновению крутящего момента, который обеспечивает стабильную работу силовой установки в зависимости от скорости вала.

5 основных слоев, закрепленных по окружности длинными винтами, составляют стандартную конструкцию двухроторного двигателя. Это создает условия для свободной циркуляции теплоносителя внутри системы. Подвижные части, представленные двумя роторами и эксцентриковым выходным валом, расположены между двумя неподвижными секциями.

Мощность и ресурс

По сравнению со стандартным двигателем внутреннего сгорания роторный агрегат отличается более высокой удельной мощностью, которая измеряется в л.с. / кг. Это связано с меньшей массой движущихся частей, составляющих конструкцию РПД. Причина: отсутствие газораспределительного механизма, клапанной системы, коленчатого вала и шатунов.

Кроме того, однороторный двигатель преобразует энергию сгорания во вращательное движение за ¾ ходов рабочего цикла. Для поршневых двигателей этот показатель уменьшается до ¼.

В результате современный серийный РПД с рабочим объемом 1,3 литра развивает мощность до 220 л.с. А если базовую конструкцию дополнить турбинным наддувом, то до 350 л.с.

До 2011 года только японские промышленники компании Mazda выпускали автомобили с роторными двигателями. А потом тоже сняли агрегат с производства. Вероятная причина – недооцененный ресурс электростанции. До первого капитального ремонта автомобили проезжают всего 100 000 км. При аккуратной и уважительной манере вождения пробег увеличивается до 200 тыс. Км.

Уязвимое звено – уплотнения ротора, которые страдают от перегрева и высоких нагрузок. Помимо этих факторов, на них отрицательно влияют детонация и износ подшипников, расположенных на эксцентриковом валу.

Достоинства и недостатки роторного двигателя

Впервые автомобиль с роторным силовым агрегатом вышел на трассу для испытаний в 1958 году. У истоков его создания стоит Феликс Ванкель, имя которого часто называют RPD.

Игнорируя достоинства изобретения немецкого инженера, работавшего над ним вместе со своим коллегой-единомышленником Вальтером Фройде, многие автопроизводители не решились установить новинку на серийные модели своих автомобилей.

Сюда не входят производители Mazda, выпустившие первую версию роторного автомобиля в 1967 году.

Достоинства РПД

Плюсы РПД:

1. Высокий КПД, достигающий 40%. Обоснование: Есть 3 рабочих цикла на 1 оборот эксцентрикового вала.
2. Упрощенный дизайн. Отсутствуют многие типичные компоненты поршневых двигателей внутреннего сгорания, в том числе газораспределительный механизм, шатуны, клапаны и т.д.
3. Высокие обороты. Двигатель на основе треугольного роторного элемента совершает до 10 тысяч оборотов в минуту.
4. Плавная работа без вибрации. Объяснение этому – стабильная ориентация движения ротора в одном направлении.
5. Устойчивость к детонации. Это позволяет использовать водород во время работы.
6. Компактный размер. По сравнению с поршневыми агрегатами размер РПД в 2 раза меньше. Следствием этого является небольшой вес полностью оборудованной конструкции и наличие свободного места для комфортного положения водителя и пассажиров.
7. Никакой дополнительной нагрузки при увеличении количества оборотов. Учитывая это, можно разогнать автомобиль до 100 км / ч на пониженной передаче.
8. Весы. Позволяет более эффективно балансировать автомобиль, обеспечивая стабильную устойчивость на любом дорожном покрытии.

Недостатки РПД

Конструкторам, разработавшим роторную установку, так и не удалось устранить недостатки:

1. Главным недостатком создатели автолюбители считают ограниченный ресурс двигателя, оправданный конструктивными особенностями. Постоянные изменения рабочего угла вершин вызывают их ускоренный износ.
2. Срок службы заканчивается быстрее из-за колебаний температуры, которые сопровождают каждый цикл. В сочетании с нагрузками, которым подвергаются трущиеся детали, они наносят непоправимый ущерб функциональным узлам и материалам. Проблема может быть решена путем прямого впрыскивания минеральной смазки в коллектор.
3. Поскольку внутренние полости камер имеют форму полумесяца, топливо в них сгорает не полностью. Ротор, вращающийся со скоростью с ограниченной длиной хода, выталкивает горячие газы в выхлопное отверстие. Наличие фрагментов масла в продуктах сгорания приводит к токсичным выбросам.
4. Недостаточная герметичность конструкции из-за износа прокладок вызывает протечки между отсеками с большими перепадами давления между отсеками. Результат – снижение эффективности и увеличение ущерба окружающей среде.
5. Большой расход горюче-смазочных материалов. По сравнению с поршневым двигателем роторный агрегат потребляет намного больше топлива (20 литров на 100 км) и масла (1 литр на 1000 км). Забывчивость водителя, потерявшего очередную партию смазки, приводит к незапланированному капитальному ремонту или полной замене двигателя.
6. Для производства РПД используется высокоточное оборудование. К качеству материалов также предъявляются повышенные требования. Следовательно, конечная стоимость роторного двигателя возрастает.

Машины с роторным двигателем

Российские конструкторы, в том числе Зуев, Желтышев и ингушские изобретатели братья Ахриевы, также участвовали в разработке усовершенствованных концепций силового агрегата с основным конструктивным элементом в виде движущегося ротора.

Несмотря на нововведение, автомобили по-прежнему оснащаются двигателями Ванкеля.

Модели RPD включают:

1. Mazda RX-8. Конструкторское бюро японской фирмы добилось прогресса в улучшении. Их последняя разработка объемом 1,3 литра развивает мощность 215 л.с. Более поздняя версия с аналогичным объемом выдает 231 л.с. Производство было прекращено в августе 2011 года из-за снижения спроса.
2. ВАЗ 2109-90. Эти машины использовались в служебных целях российскими правоохранительными органами. Полицейские машины за 8 секунд могли разгоняться до 100 км / ч и развивать скорость до 200 км / ч, легко догоняя преступников. Выпускались также агрегаты с большей мощностью. Но высокая цена и небольшие ресурсы не позволили РПД прижиться, и полиции пришлось перейти на автомобили с поршневыми двигателями.
3. Мерседес S-111. Впервые он был представлен автомобилистам на Женевском автосалоне в 1970 году. Спорткар был оснащен трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км / ч. На разгон до первой сотни понадобилось 5 секунд.
4. ВАЗ 21019 Аркейн. Модель также была закуплена для нужд МВД. На таких машинах невозможно было добраться до советских милиционеров и, тем более, уйти от преследования. Большинство судебных разбирательств закончились поимкой преступников. Объяснение этому – способность служебных автомобилей развивать максимальную скорость 160 км / ч. Трехсекционный двигатель объемом 1,3 литра выдавал 120 л.с.

В заключение

Роторный двигатель – отличный вариант для спортивных и гоночных автомобилей, где не требуется большого ресурса. Показатели высокой скорости и мощности вселяют надежду, что промышленники обратят внимание и с небольшими доработками снова начнут выпускать автомобили с двигателями Ванкеля.

ИСТОЧНИК