Содержание
Принцип работы роторного двигателя
- Где можно встретить
- Принципы работы ДВС и роторного двигателя
- Достоинства и недостатки
- Видео
Роторный двигатель довольно редкая вещь, о которой некоторые люди даже не подозревают. Кто-то что-то слышал, но никто толком не может объяснить хотя бы то, как он выглядит. По мощности роторный двигатель не уступает двигателю с поршнями.
Где можно встретить
Двигатель Мазда
Для начала немного истории. Роторный двигатель был изобретен уже давно, аж в 1957 году. И с тех пор его активно начали устанавливать на автомобили, но на рынке автомобилей их доля ничтожно мала. Через семь лет после выпуска первого роторного двигателя его начали устанавливать на такие автомобили, как Мерседес-Бенц, Ситроен и другие известные марки. Но эти самые фирмы вскоре начали отказываться от роторных двигателей. Такие двигатели, а называются они, кстати, двигатели Ванкеля, устанавливали долгие годы даже на ВАЗ небольшими партиями. Но со временем его заменили и сейчас даже старожилы волжского автозавода не могут вспомнить то время. Единственная марка, которая с 1967 года и до сих пор выпускает двигатели с роторным двигателем в немалых партиях, – это Мазда. До сих пор роторный двигатель устанавливают на Мазду RX-8 – это двигатель модели 13B-MSP. Про этот автомобиль можно не стесняясь сказать, что он легенда. И стал он легендой именно благодаря своему роторному двигателю.
Мазда RX-8
Принципы работы ДВС и роторного двигателя
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с поршнями, который еще называют поршневым, сильно отличается от роторного и не только по принципу работы, но и по принципу передачи момента и потерям энергии. Энергия, выделяемая при сгорании топлива в поршневом двигателе, сначала приводит в движение поршневую группу, которая, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал. То есть передача момента энергии происходит в два этапа.
Принцип работы ДВС
Принцип работы роторного двигателя намного проще, он выполняет всю работу в один этап. Если объяснять простым языком, то в таком двигателей в центре находится эксцентриковый вал, который вращает сам ротор. Вращается ротор внутри двигателя и выполняет те же функции, что и четырехтактный поршневой агрегат: впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск. Но при этом нет сложных механизмов, таких как газораспределительный механизм (ГРМ), распределительные валы, клапаны, поршни. Здесь все эти функции выполняет сам ротор. Полость внутри двигателя, в которой вращается ротор, сама в себе несет все эти функции, но работают они как бы по очереди. Электронные «мозги» управляют «окнами» – это прорези в стенках двигателя – и открывают их по очереди так, что ротор, прокатываясь по шестерне вала, выполняет сразу четыре функции. Легендарный двигатель Мазды RX-8 13B-MPS представлял собой бутерброд из пяти таких двигателей, соединенных двумя герметичными камерами.
Фазы работы роторного двигателя
Достоинства и недостатки
Главное отличие роторного двигателя от поршневого – это то, что вал всегда движется в одну сторону, вращающихся масс в несколько раз меньше и, в отличие от поршневого, роторный двигатель не тратит мощность на газораспределительный механизм. Именно поэтому с атмосферного двигателя 13B-MPS, объемом 1300 кубических сантиметров сняли 192 лошадиные силы. А с форсированного 231 лошадиную силу. Для сравнения, такую мощность у поршневого двигателя снимают с объема 2600 кубических сантиметров.
Мощность двигателя больше
К сожалению, у такого уникального мотора есть свои минусы, и они перевешивают большинство плюсов данной модели двигателя. Первый минус – это небольшой ресурс двигателя всего 100 тысяч километров. По современным меркам это совсем мало, особенно это заметно на фоне самого народного двигателя Тойоты Короллы, ресурс двигателя которого 1 миллион километров. Второй и самый основной минус – это то, что двигатель не поддается капитальному ремонту. Не существует запчастей на замену увеличенных размеров, и расточить детали двигателя тоже не получится, так как очень сложно найти такое оборудование в нашей стране. К тому же в нашей стране сложно найти настоящий 98-й бензин, а использование некачественного топлива приближает кончину роторного мотора. Стоимость нового двигателя на Мазду RX-8 настолько огромна, что ставит под сомнение практичность покупки.
Малый ресурс
Вот в основном и все, что нужно знать о роторном двигателе. Он необычен по конструкции и интересен в работе, но обладает двумя большими минусами, из-за которых использовать данный автомобиль с практической точки зрения невыгодно.
Видео
Устройство роторного двигателя в следующем видео рассмотрено на примере движка Mazda RX-8:
Авто с роторным двигателем
Модель Mazda RX-8, выпускавшаяся с 2003 по 2012 год, за все время собрала вокруг себя армию сумасшедших фанатов. С уникальным дизайном и нетривиальными техническими решениям, этот автомобиль на «вторичке» встречается регулярно. Но таких моделей на всю Беларусь наберется десятка два, а спортивные версии R3 вообще можно пересчитать на пальцах одной руки. Одним из таких экземпляров владеет парень из Минска Юрий, который не только накатывает «боевые» километры на гонках, но и уверяет, что «в быту» автомобиль вполне покладист, поражая не только сексапильной внешностью, но и практичностью внутри.
Задний привод, японская душа
К началу 2000-х стало очевидно, что легендарной Mazda RX-7 третьего поколения пора уступить свое место следующей генерации. Называясь RX-8, та имела четырехдверный кузов, задний привод и оснащалась атмосферным роторно-поршневым двигателем объемом 1,3 литра.
В 2008 году появилась рестайлинговая версия автомобиля. В 2010-ом из-за снижающегося спроса и невозможности вписать роторный двигатель в современные эконормы RX-8 пришлось покинуть рынок США. А через год было объявлено о прекращении производства модели. «К сожалению, они перестали выпускать заднеприводные машины с японской душой. Этот экземпляр сделан по всем канонам старой школы: идеальная, близкая к 50/50 развесовка по осям, высокооборотистый мотор с отсечкой на 10.000, блокировка дифференциала, легкий вес», — говорит молодой владелец машины, представителя славного роторного семейства.
Mazda RX-8 с задним приводом, роторным мотором и в красном цвете сразу понравилась Юрию
Эту Mazda RX-8 Юрий купил в 2014 году, когда искал автомобиль для участия в любительских гоночных заездах. «Выбирал из заднеприводных автомобилей, чтобы попрактиковаться в управляемом заносе и принять участие в соревнованиях Time-Attack. И рассматривал только атмосферный двигатель, так как хотелось тратить время на тренировки, а не на бесконечный процесс тюнинга и ремонта турбированных агрегатов. В общем, сделал выбор в пользу роторного автомобиля и не прогадал», — рассказывает Юрий.
Прежде роторное купе 2009 г.в., некогда импортируемое из США, находилось во владении такого же энтузиаста из Гомеля, у которого было целых три таких Mazda. Из них Юрий выбрал самую лучшую, поддавшись обаянию японской экзотики в эффектно красном цвете. И парня понять легко. Ведь модель RX-8, которая так часто мелькает в кольцевых автогонках и дрифте, очень стильно выглядит и невероятно интересна с точки зрения технических характеристик.
Рестайлинговая Mazda в редкой комплектации R3 — таких машин в Беларуси единицы!
А к тому же ему досталась версия R3, которая отличалась, например, спортивной подвеской с амортизаторами Bilstein, ковшеобразными сиденьями Recaro, индивидуальным R3-обвесом и подрамниками, заполненными пенополиуретаном для дополнительной жесткости. «Во всем мире было выпущено 4 тысячи RX-8 в такой комплектации, и одна из них у меня. Такая рестайлинговая машина в заводском состоянии и исполнении R3 будет стоить около $12 тысяч. А ее заводской подготовки вполне достаточно, чтобы успешно участвовать в соревнованиях», — уверяет молодой человек и перечисляет некоторые из своих побед.
Принимать участие в гонках парень начал сразу, а с 2015 года стал побеждать, с ходу заняв второе место в Чемпионате РБ по Time-Attack. Затем второе и третье места в последующие годы. В 2017-ом он взял первенство в классе Street Pro, принимал участие в белорусской «джимхане», становившись чемпионом и там. Так что роторная Mazda готова похвастать солидным гоночным пробегом и списком спортивных достижений.
Юрий не раз соревновался на роторной Mazda, становившись чемпионом как в Time-Attack, так и в белорусской «джимхане»
Двигатель не простой, а роторный
Рабочий объем двигателя всего 1 300 «кубиков». Но «кубики» тут непростые: двигатель в машине не обычный, а роторно-поршневой. Такие моторы, известные также как двигатели Ванкеля, появились на машинах NSU еще в 60-е годы, и тогда это считалось очень прогрессивной технологией. Отдача 1.3-литрового двигателя RX-8 составляет от 192 до 235 л.с., у Юрия — самый мощный экземпляр. «На самом деле в Японии указывали 250 л.с. в соответствии с их стандартами замеров мощности, что аналогично нашим 235», — подчеркнул молодой человек.
Под капотом Mazda — роторно-поршневой мотор на 1,3 литра (235 л.с.), известный также как двигатель Ванкеля
«У него переднесреднемоторная компоновка, а это значит, что маздовский агрегат глубоко расположен в базе и, следовательно, хорошая развесовка и низкий центр тяжести этой машине обеспечены. Причем здесь ротор, кардинально отличающийся от моторов, что используются как в спорте, так и в гражданской эксплуатации. Он начисто лишен поршней, шатунов, а также коленчатого и распределительных валов, — объясняет парень. — Развивая высокую мощность для атмосферного двигателя, он превосходит поршневые двигатели по таким показателям, как удельная мощность с литра объема мотора, скорость реакции (отклика) на педаль газа, линейность нарастания мощности с ростом оборотов, более высокие максимальные обороты. Машина действительно быстрая, резкая и отзывчивая. Главное — научиться на ней ездить».
Основная страшилка, которой пугают всех, кто интересуется покупкой RX-8 — малый ресурс двигателя, якобы редко выдерживающего свыше 100 000 км пробега. Но это справедливо в отношении дорестайлинговых машин. У Mazda RX-8 после обновления, случившегося в 2008 году, надежность и ресурс роторного мотора повысились, что подтверждает и владелец авто личным примером.
Обслуживание и доработки: громче и жестче
Считается, что этот автомобиль в возрасте можно купить за недорого, но вот обслуживание и ремонт способны разорить даже богатого автовладельца. Юрий с этим согласен отчасти, но денег на содержание авто не жалеет. «Роторный двигатель оброс байками и слухами, мол, он ненадежный и дорог в обслуживании. Скажу так: достаточно следить за машиной, — рассказывает владелец роторного купе. — Учитывая особенности нашего климата, качество смазочных материалов, а также эксплуатацию машины в гонках, интервал замены масла (примерно $50 за 5 литров оригинала) сокращен до 5 000, расходники меняются в два разе чаще, чем по регламенту. В исправности содержатся свечи (раз в 15 тысяч км, около 100 долларов), провода и катушки зажигания, а в бак попадает исключительно АИ-98 или «сотый». Если все это делать, то двигатель будет жить долго и счастливо».
Интервал замены масла — раз в 5 тыс. км, свечи — каждые 15 тысяч
Будучи девяти лет от роду, RX-8 пока не потребовала серьезных ремонтов. Рынок запчастей на эту модель в России обширный, в Беларуси их тоже можно найти по приемлемым ценам, а трудности возникают разве что с рестайлинговыми кузовными элементами, которые если и есть в наличии, то стоят немалых денег.
За счет некоторых доработок, а именно выхлопа, впуска и системы зажигания, табун под капотом увеличился с 235 заводских л.с. до 247,8, что подтвердилось во время замера мощности на диностенде.
Замеры мощности на диностенде показали прибавку «лошадей»: 247,8 вместо 235 заводских л.с.
Из основных изменений титановый выхлоп, сделанный на компонентах от компании R-Magic и Revolution, которые специализируются на доработках только роторных RX-8 и RX-7, впускная система Racing Beat, когда забор холодного воздуха происходит прямо с улицы.
Система зажигания Revolution перекочевала с японской кольцевой машины, койловеры Blitz, регулируемые по жесткости, высоте и преднатягу пружины. В машине установлено максимальное количество распорок Mazdaspeed и GT-Spec. Ведь жесткость кузова очень важна — чтобы машина не разваливалась от перегрузок в поворотах и была более собранной.
Mazda «похудела» примерно на 60 кг благодаря карбоновым багажнику и капоту, мотоциклетному АКБ и выхлопу из сплава титана
Спойлер здесь регулируемый Mazdaspeed
Также установлены облегченный маховик ACT и диск сцепления Exedy. На снижение веса машины в основном повлияли поставленные карбоновые капот и багажник, титановый выхлоп, мотоциклетный аккумулятор от чоппера Honda весом 7 кг. В итоге Mazda существенно «похудела», по сравнению с заводом — примерно 60 кило разницы.
Диски 19-е кованые (специальные для версии R3), но для спорта владелец перешел на 17-ый размер, тогда и шины обходятся ему дешевле. Покрышки здесь Hankook RS3 ($500-600) — на спортивный сезон необходимо два комплекта, но может хватить и одного.
«Еще одна статья расходов — бензин. За этап на «Смоленском кольце» получается 70 литров. Плюс дорога туда-обратно, 500 км в одну сторону. Ну и, естественно, стартовый взнос. В среднем выходит 300 долларов, — подсчитывает гонщик. — Для тех, кому эти суммы кажутся неподъемными, команда Uracing организует тренировки в Липках. Стоимость заезда варьируется в пределах 40-50 рублей. К автоспорту ведь нужно готовиться постепенно».
Хорош и на гонках, и «в быту»
Несмотря на то, что RX-8 считается спортивной машиной от Mazda, это вполне пригодный к ежедневной эксплуатации автомобиль, не утомляющий излишней жесткостью. Оттого он немного тяжелее своего предшественника, но самое главное это четырехдверное купе, которое поражает своей практичностью. Кузов без центральной стойки с распашными дверями, причем задние открываются против хода, стоит потянуть за рычажок, и только при открытых передних.
Распашные двери (задние открываются только при открытых передних и против хода) — особая гордость Mazda
Простор на задних сиденьях, разделенных высоким центральным тоннелем, — это тоже плюс.
В салоне есть два ковшеобразных сиденья с жесткой боковой поддержкой, «музыка» Bose, кондиционер, электрические стеклоподъемники, круиз-контроль и система стабилизации. А большего и не надо. Кожаный трехспицевый руль и часть фурнитуры позаимствованы от массовых «Мазд», но скомпоновано все с выдумкой и оригинально.
А тема «ротора» находит свое продолжение и в салоне в виде отреуголеных рычага КПП и сидений. Интерьер в полностью стоковом состоянии, только потолок перешит в черную алькантару.
«А в пепельнице находится прибор Dashhawk MSD, который отражает все важные показатели работы двигателя: температуру антифриза, масла, температуру на впуске и пропорцию топливовоздушной смеси», — упоминает также Юрий.
Специальный прибор отражает важные показатели работы двигателя
Конечно, представить приземистый изящный силуэт на разбитом асфальте или в заснеженном дворе очень трудно, но Юрий уверяет, что машина одинакова хороша как на кольцевых дорогах, так и в городской эксплуатации.
Слегка расстраивает только расход: «В смешанном цикле выходит 12-13 литров, если передвигаться в спокойном режиме. По городу она потребляет в среднем 14 литров, по трассе — 10-11. Ну а если жать педаль газа слишком активно, то может легко выйти все 20. На гоночном треке за сессию она «съела» рекордные 10 литров».
Роторная «Мазда» потребляет в городе в среднем 14 литров (максимум — 20). На треке рекорд — 10 литров за сессию. Бензин заливается АИ-98 или «сотый»
И хотя машина эксплуатируется и вне гоночных треков, она не видела ни одной зимы, зато в теплый сезон получает большую долю внимания. «Если RX-7 считался чисто спортивной машиной, то в RX-8 полно гражданской атрибутики, но за счет моих доработок и тюнинга она превратилась в своего предшественника, только без турбины. Стала более бескомпромиссной, дерзкой, с более линейной и точной реакцией на руль. А благодаря прибавке в мощности и снижению веса Mazda ощутимо быстрее машины в заводском исполнении. На сегодня до «сотни» она добирается за 5,9 секунд, а квотер проходит за 13,9 сек. По сути, это универсальный «боец», приспособленный для участия в Time-Attack фактически по заводу.
RX-8 принимает участие в гонках, но владелец не хочет дорабатывать двигатель, сохраняя верность ротору
Если говорить о дрифте, то к нему нужно готовить все машины, будь то Mazda RX-8 или Nissan Silvia, — рассуждает парень. — Но в заводском состоянии роторный автомобиль готов к участию в любительских соревнованиях и тренировках в данной дисциплине. Для достижения каких-либо серьезных результатов в драге, скорее всего, уже придется дорабатывать двигатель, например, путем установки компрессора или турбонагнетателя».
Несмотря на богатое прошлое в автоспорте, автомобиль в идеальном состоянии. Единственный нюанс — требуется покраска переднего бампера. Машина регулярно участвует в гонках, но Юрий не планирует ее «корчевать» до состояния «спорта» (устанавливать каркас безопасности, турбировать двигатель и т.д.), сохраняя верность ротору. «Здесь задний привод, близкая к идеальной развесовка и отточенная ходовая вкупе с грамотно настроенным рулевым управлением. Автомобиль идет по дороге великолепно, четко прописывая повороты. Управлять им — одно удовольствие», — говорит напоследок Юрий, не строя планов на будущий сезон.
02.02.2016 Автомобили: NSU Spider / NSU Ro 80 / Citroen M35 / Citroen GS Birotor
Темы: Роторный двигатель / Двигатель / Редкие авто / Mercedes-Benz / Chevrolet / NSU / Citroen / Mazda / Клаус Люте Роторные двигатели пытались ставить на свои машины многие производители, но далеко не все смогли наладить их серийное производство.
Мы уже рассказывали об устройстве роторного двигателя и о классических роторных Маздах в одной из наших статей. Однако первыми машинами с «ротором» были не они.
NSU Spider
В 1964 году немецкая компания NSU из Неккарзульма выпустила первый в мире серийный автомобиль с двигателем Ванкеля – NSU Spider.
Машина выпускалась только в кузове кабриолет и имела мотор мощностью 50 л.с. (на более поздних моделях – 54 л.с). В 1966 году гонщик Аль Оже из Ричмонда, Калифорния, стал первым официальным победителем в автоспорте на машине с двигателем Ванкеля. В 1967 году Spider был снят с производства и заменен моделью NSU Ro 80 с роторным мотором второго поколения.
NSU Ro 80
Этот автомобиль имел более мощный «ротор» (113 л.с.) и необычную полуавтоматическую трансмиссию: вместо педали сцепления здесь устанавливался электрический переключатель, который включал нужную передачу с помощью вакуумной системы.
Дизайн Ro 80 был разработан Клаусом Люте, который позже создал облик многих моделей Audi и BMW. К сожалению, первые роторные моторы были ненадежны и слишком быстро изнашивались, что и привело компанию NSU к разорению.
Citroen M35 и GS Birotor
Небольшая партия прототипов в кузове купе на основе модели Ami 8 была создана для испытания роторного двигателя, выпущенного компанией Comotor – совместным предприятием NSU и Citroen. Модель получила название M35.
Машина официально не поступала в продажу, а поставлялась лояльным покупателям Citroen для тестирования. Мощность двигателя объемом 0,9 л составляла 49 л.с.
Эксперимент был признан успешным, и роторный мотор увеличенной мощности (106 л.с.) установили на модель GS Birotor (также известную как GZ), вышедшую в 1973 году. Однако из-за неэкономичности «ротора» и начавшегося топливного кризиса выпуск автомобиля был прекращен. Всего было продано 847 экземпляров Birotor.
Citroen M35 и GS Birotor (GZ)
Mercedes-Benz C111
Под этим индексом компания Mercedes-Benz выпускала самые разные прототипы автомобилей, экспериментируя с новыми технологиями. Очередь дошла и до роторного двигателя: первую версию с таким мотором представили на Франкфуртском автосалоне в 1969 году. Мощность двигателя составляла 280 л.с., а максимальная скорость машины была 270 км/ч.
Вторую версию автомобиля показали публике в следующем году на Женевском автосалоне. На этом прототипе стоял четырехсекционный «ротор» мощностью уже 370 л.с., а до «сотни» он разгонялся за 4,9 секунды! Максимальная скорость машины при этом достигала 300 км/ч.
Chevrolet Aerovette
Не осталась в стороне от роторных двигателей и компания Chevrolet: флагман марки, Corvette, стал основой для экспериментов. В 1972 году среднемоторный прототип под кодовым названием XP-895 оснастили двумя роторными моторами, превратив их в один четырехсекционный мощностью 420 л.с.
В 1973 следующий прототип, XP-897GT, получил уже двухсекционный роторный двигатель. Однако из-за топливного кризиса, как и многие другие компании, Chevrolet прекратила разработки в сфере роторных моторов и оснастила концепт-кар двигателем V8 объемом 6 л и мощностью 400 л.с., после чего он получил название Aerovette, но в производство так и не пошел.
Mazda Rotary Pickup и Parkway 26
Роторные автомобили компании Mazda не нуждаются в представлении, но не всем известен тот факт, что фирма выпускала единственные в мире автобус и пикап с двигателями Ванкеля.
Rotary Pickup продавался с 1974 по 1977 год только на американском и канадском рынках и оснащался 1,3-литровым роторным двигателем 13B мощностью 110 л.с.
Mazda REPU (Rotary Pickup)
Автобус Mazda Parkway 26 с роторным мотором выпускался в эти же годы только в Японии, однако объем двигателя 13B был увеличен до двух литров, а мощность возросла до 135 л.с. Всего было произведено 44 таких автобуса, рассчитанных на 26 посадочных мест.
Отечественные роторные двигатели
В Советском Союзе велись собственные разработки роторных моторов. Первый такой «ротор», ВАЗ-311 мощностью 65 л.с., увидел свет в 1976 году, а спустя пять лет доработок была выпущена пробная партия в 50 штук роторных ВАЗ-21018, которые в продажу не поступали, а разошлись среди сотрудников ВАЗа.
Позже из двух двигателей ВАЗ-311 был сделан один двухсекционный мощностью 120 л.с., который устанавливался на ВАЗ-21019: такие машины изготавливались для сотрудников спецслужб. И только в 1998 году был выпущен гражданский вариант двухцилиндрового роторного 1,3-литрового мотора ВАЗ-415, которым оснащались некоторые «пятерки», «семерки», «восьмерки» и «девятки».
Заключение
Производители пытались также устанавливать двигатель Ванкеля на мотоциклы и даже на… снегоходы! В 1966 году американская компания Outboard Marine Corporation (OMC) создала свой роторный мотор Rotura, подписав контракт с фирмой NSU – это была первая попытка создания подобного двигателя в Америке. Однако компания не выдержала конкуренции с другими производителями снегоходов, так как модели с «роторами» стоили гораздо дороже обычных (примерно на 235 $).
Роторный снегоход Evinrude
Роторный двигатель, несмотря на изящество своей конструкции, так и не стал массовым. Большой расход топлива и масла, быстрый износ деталей, повышенная токсичность выхлопных газов стали препятствием для его установки на серийные автомобили. И лишь инженеры Mazda смогли сбалансировать устройство «ротора», использовав его преимущества, а повышенная мощность таких двигателей позволила компании достичь успехов в автоспорте.
Есть ли у роторного двигателя будущее? Сложно дать определенный ответ, однако, несмотря на некоторые особенности, у этого мотора есть свои преданные поклонники и поныне.
Текст: Юлия Измайлова
Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.
В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком — его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну — занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.
Однако как инженера Школьника постоянно волновал один вопрос — почему современные автомобильные моторы такие неэкономичные?
И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,
КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных — порядка 40%.
Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.
«Последний раз такое происходило в 1892 году, когда Рудольф Дизель предложил новый цикл и создал свой двигатель», — пояснил в интервью «Газете.Ru» Школьник-младший.
Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.
Плюсы двигателя — мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки стало их использование на автомобилях Mazda RX.
Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.
Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов. Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,
а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.
Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.
Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.
Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована — ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания.
Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.
Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.
Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.
Весить он будет всего 13 кг, притом что его поршневые аналоги такой же мощности сегодня весят под 200 кг.
Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», — поясняет Школьник.
В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны — при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.
Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.
«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.
Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», — радуется Школьник-младший.
То, что озвученные цифры — не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.
Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.
Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.
Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит — что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», — добавил Александр.
Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.
«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.
Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.
Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», — поделился размышлениями Николай Школьник.
«Rolls-Royce» оказывается когда-то изобрел свой роторный двигатель.
Фирма «Роллс-Ройс» много чем прославился в мире, но вот смелые и сложные технологические разработки — точно не конек этой компании. Поэтому нам вдвойне странно слышать, что они изобрели двигатель описание которого даже звучит как-то не правдоподобно. Судите друзья сами, вот такой агрегат: -дизельный двигатель Ванкеля с двумя отдельными роторными секциям (но это далеко не двухроторный двигатель).
Многие в редакции даже и не знали, что компания Роллс-Ройс экспериментируют с роторными двигателями не говоря уже о дизельных роторных двигателях, но именно этим компания и занималась в период конца 1960-х и до начала 1970-х годов прошлого столетия. Эти двигатели в первую очередь предназначались не для шибко дорогих автомобилей с которыми и связывают само название Роллс-Ройс, они были предназначены для военных автомашин.
В статье за декабрь 1970 года, что была опубликована в издании «Autocar», этот двигатель очень подробно был описан, и он надо сказать, бесподобен. Это роторный двигатель на базе двигателей Ванкель с двумя роторами, но это далеко не коаксиальные двигатели, которые можно видеть в традиционных двухроторных агрегатах. По своей сути это два объединенных вместе роторных двигателя, т.е. один над другим и при чем, нижний ротор и камера сгорания значительно большего размера, чем верхний. Это связано конкретно с тем, что данный двигатель двухступенчатый и нижний роторный двигатель большого размера функционирует как компрессор передавая свою энергию для верхнего двигателя, а последний как раз и отвечает за мощность самой машины.
Этот двигатель Ванкеля может работать вместо традиционного суперчарджера или турбонагнетателя, чтобы сжимать воздушно-топливную смесь, потому что по сути роторный двигатель сам по себе является объемной гидравлической машиной. Это означает следующее, что объем у приемной камеры больше, чем у выпускной камеры, и поэтому внутри нее происходит сжимание смеси.
В случае с дизельным двигателем Ванкеля от Роллс-Ройс происходит следующее, воздушно-топливная смесь сначала сжимается в нижнем роторе, а затем уже выпускное отверстие в двигателе (как выпускной клапан в обычном роторе) посылает сжатую смесь дизеля и воздуха дальше, т.е. во входное отверстие верхнего маленького роторного двигателя, где эта смесь снова сжимается а затем возгорается, как это происходит в обычном дизельном двигателе.
Похоже, что компания «Роллс-Ройс» потратила не мало ресурсов и приложила достаточно сил чтобы вычислить, как разрешить возникшую проблему с уплотнителем поршня роторного двигателя и с другими техническими нюансами. В результате этого было произведено на свет не менее четырех тестовых двигателей, не считая конечно и сам модифицированный NSU двигатель Ванкеля, который инженеры компании использовали как испытательную модель.
Первым двигателем разработанным компанией «Роллс-Ройс» считался мотор R1, он являлся чисто исследовательским инструментом и был с объемом выпущенного газа в ступени компрессора
1 126 см3, а в ступени сгорания — 500 см3, двигатель мог достигать эффективной мощности до 50 л.с., а потребление топлива у него составляло 14 л/эффективной мощности/час. Помимо всего прочего, сам двигатель еще использовался для разработки и достижения наиболее эффективного расположения двух ступеней.
Смотрите также: Rolls-Royce Sweptail, эксклюзивный автомобиль за $13 млн. долларов США
Двигатель R2 представлял собой другую и альтернативную трехступенчатую компоновку, которая однако так и не была детально изучена. Агрегат R3 относится только к ступени сгорания, он использовался как конкретная базовая единица для создания ряда других моделей двигателей. Объем выпущенного газа был равен 1216 см3, эффективная мощность 180 л.с. при 4.500 тыс. оборотов в минуту в испытательных условиях.
Последним двигателем, о котором есть подробная информация, является агрегат 2-R6. Это военный двигатель, который состоит из двух конкретных блоков двухступенчатого двигателя. Каждая из ступеней высокого давления (сгорания) имеет объем 1265 см3, а подача газа осуществляется через ступень низкого давления объемом 3250см3. Проектная мощность мотора 350 л.с. при 4.500 тыс. оборотов в минуту, вес- 425 кг, что является поразительным примером той удельной мощности двигателя на единицу массы для дизеля.
Похоже, что компания «Роллс-Ройс» так и не запустила в производство свой дизельный двигатель Ванкеля, хотя бы для военных автомашин. Мы и я в том числе понятия не имеем, был ли вообще когда-либо у компании такой инженер, который с энтузиазмом смог бы создать в будущем дизельный двигатель Ванкеля конкретно для модели авто Silver Shadow, но мне и нам хотелось бы на это естественно посмотреть.
Первым в мире серийным автомобилем, оснащенным роторным Ванкелем стал NSU Spider 1964 года выпуска. С тех пор двигатель просуществовал до 2011 года, и закончил свою жизнь под капотом Mazda RX-8. Возникает несколько вопросов:
— Как работает роторный двигатель?
— Каковы его преимущества? (Зачем его изобрели)
— Каковы его недостатки? (Почему его перестали производить)
Как работает роторный двигатель
Процесс, происходящий при работе роторного двигателя, весьма схож с обычным. Разница в том, что вместо поршней тут имеется ротор треугольной формы, а вместо цилиндра – овальная полость.
Вращаясь внутри полости, ротор создает воздушный карман, тем самым создавая вакуум. Вакуум распространяется на впускные каналы, из которых в камеру внутреннего сгорания и поступают топливо и воздух.
Ротор продолжает вращаться, сжимая смесь воздуха и топлива о прямую сторону овальной полости.
Две свечи зажигания используются для розжига смеси топлива и воздуха, помогая ускорить процесс внутреннего сгорания и убедиться в том, что большая часть смеси выгорит. Выделяемая энергия позволяет ротору вращаться далее.
Похож на цикл впуска, только теперь, вращаясь, ротор выталкивает под давлением выхлопные газы через выхлопные каналы. Важный момент состоит в том, что поскольку в двигателе имеется всего один ротор и одна полость, все эти процессы идут практически одновременно. Таким образом, с одной стороны происходит впуск с другой выделяется энергия, а с третьей выходят выхлопы.
Соотношение массы и мощности
Одним из самых крупных достоинств является небольшой размер Ванкеля. Несмотря на свои маленькие размеры, роторные движки выжимают неплохую мощность.
Меньше подвижных деталей
Частенько в инженерии самое легкое решение является самым лучшим. Роторный двигатель не требует большого количества подвижных деталей. Если быть точнее, то в двухроторном моторе подвижных деталей всего три.
Плавный набор высоких оборотов
Роторный двигатель не имеет возвратно-движущей массы, как клапаны и поршни в традиционном двигателе, что ведет к отличному балансу и плавному набору оборотов.
Почему Ванкель сняли с производства
Mazda RX-8 2011 была последним серийным автомобилем, который оснащался роторным двигателем Renesis 1.3 л. Как бы то ни было, весь мир автолюбителей пустил горькую слезу, закрывая важную страницу в истории двигателей внутреннего сгорания. Так что же произошло? RX-8 не удалось пройти по соответствию стандарту Euro-5, поэтому после 2010 года он не мог продаваться в странах Европы. Хоть он все еще и разрешен в США, производитель был вынужден отречься от Ванкеля.
Недостатки роторного двигателя
Низкий тепловой КПД
В связи с наличием уникальной длинной камеры внутреннего сгорания, тепловой КПД Ванкеля значительно ниже, в сравнении с обычным двигателем. Это часто ведет к тому, что в выхлоп попадает масса несгоревшего топлива (поэтому они и считаются самыми огнедышащими)
Ванкели априори жрут масло вёдрами. Во впускном коллекторе установлены разбрызгиватели масла, а также имеются инжекторы, подающие масло непосредственно в камеру внутреннего сгорания. Это значит не только то, что водитель должен постоянно следить за уровнем масла, но еще и то, что из вашей выхлопной трубы будет выходить масса дряни. Окружающая среда не одобряет.
Изолировать роторный движок нелегко, поскольку, если вы помните, в нем одновременно происходит несколько процессов, которые оставляют после себя разные температуры. Например, верхняя часть движка сравнительно холодная, в то время как его днище горячо как ад. С точки зрения изоляции, это проблема, поскольку такая разница температур не дает выбрать один вариант изоляции. Можно, конечно, использовать охлаждающую рубашку, но это многого не изменит.
Выбросы в атмосферу
Именно этот пункт убил роторные движки. Совокупность неэффективного сгорания, прожорливости по маслу и сложностей с изоляцией привела в итоге к тому, что двигатель не проходит по современным стандартам.
Что касается показателей RX-8 в сравнении с другими автомобилями, то из плюсов можно сразу выделить низкий вес и высокую мощность, а из минусов, конечно, огромный расход. Впрочем RX-8, покупателю вряд ли есть дело до экономии топлива, поэтому он может насладиться автомобилем в полной мере.
Статьи по теме:
«Роторные» двигатели ВанкеляОбзорПроизводительТакже называется «РЕНЕЗИС» (двигатель RX-8)Производство1967–2012МакетКонфигурацияДвигатель ВанкеляСмещение360 куб. См (22 куб. Дюйма) 798 куб.…
2005-2011 двигатель Bugatti Veyron W16 двигатель представляет собой шестнадцать цилиндров поршневого двигателя с двумя банками…
Среди других обновлений — видоизменённые задние фонари, руль с вставками из дерева, новые варианты кожаной…
В частности, на задней части кузова художник оставил фирменные «жабры», которые служили вентиляционными отверстиями в…
Источник http://auto-wiki.ru/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya/
Источник Источник http://myavtoreviews.ru/avto-s-rotornym-dvigatelem/
