Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем проблема роторного двигателя

Роторный двигатель Ванкеля

Настоящие инженеры – народ неугомонный. Казалось бы, что можно придумать для автомобиля вместо поршневого двигателя, который давно изучен и имеет огромные возможности для модернизации, тем не менее, поиски новых конструктивных схем продолжались и продолжаются по сей день.

Причинами инженерной «неугомонности» служат некоторые врожденные недостатки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), от которых не удастся избавиться полностью в принципе. И прежде всего, необходимость преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное, «на выходе». Это немедленно «тянет» за собой достаточно большие массогабаритные параметры двигателя, в том числе из-за увесистого кривошипно-шатунного механизма. В свою очередь, работа этого механизма сопровождается вибрациями различных порядков, с которыми приходится бороться или с помощью мудреных опор/подушек двигателя, или с помощью балансирных валов, вращающихся в сторону, противоположную валу коленчатому. Полностью уравновесить традиционный поршневой ДВС и победить вибрации можно только в том случае, если он будет, к примеру, рядный шестицилиндровый. Сделать это можно, но опять «выползают» массогабаритные проблемы. Вот вы представляете себе рядный шестицилиндровый мотор под капотом, к примеру, Chevrolet Aveo ? Я – нет. J Конечно, можно сделать рядную «шестерку» объемом 1.4 литра с цилиндрами меньше стакана. Но тогда цена Aveo приблизится к цене Captiva . Кто купит «малыша» за такие деньги?

Вот, примерно из таких соображений о недостатках поршневых ДВС и исходил немецкий инженер-двигателист Феликс Ванкель, создавая свою уникальную конструкцию в середине прошлого века, названную, впоследствии, в его честь: Роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Как устроен роторно-поршневой двигатель, и как он работает хорошо видно на приведенной ниже схеме:

Корпус двигателя – он же статор. Поршней в привычном понимании нет. Есть ротор-трехгранник, который вращается по сложной траектории в полостях статора, приводя во вращение выходной вал при помощи зубчатой передачи. И все! Никаких коленвалов, шатунов, поршней, а также вибраций от всего этого хозяйства. Плюс, в перспективе, малый вес. А еще один плюс, в придачу, это малая инерционность такого двигателя, то есть мгновенные набор и сброс оборотов, что есть очень хорошо для спортивных и псевдоспортивных автомобилей.

Преимущества конструкции Ванкеля оценили соотечественники из компании NSU (впоследствии вошла в состав Audi AG ), и, в 1957-м году, пригласили конструктора на работу. Первым серийным автомобилем с двигателем Ванкеля стал открытый NSU Spider , покинувший заводские ворота NSU в 1958-м году. Хотя роторный двигатель имел всего 55 л.с. мощности, малый вес автомобиля (мотор-то вдвое легче традиционного поршневого!) позволял разгонять его до внушительных в те времена 150 км/ч! А знаете какой объем роторного мотора на этом автомобиле? Меньше «пол-литра»…

На этом ни NSU , ни господин Ванкель не остановились. В 1967-м году появился NSU Ro 80, семейный седан, роторный двигатель которого был уже двухсекционным (два статора, и два ротора на одном валу). Несмотря на «детский» рабочий объем в 995 «кубиков», этот агрегат развивал уже 115 л.с., что придавало автомобилю совершенно «не детскую» прыть скоростных и динамических характеристик.

Казалось бы, что все хорошо, и «болячки» традиционной конструктивной схемы преодолены. Тот же NSU Ro 80 выпускался 10 лет, а лицензию на производство роторно-поршневых двигателей приобрело множество автомобильных концернов. Но у этой конструкции оказались свои, собственные «болячки», которые могли бы терпеть поклонники блестящих ходовых качеств и разгонной динамики, но не будут терпеть простые обыватели, пользователи автомобилей:

Во-первых, у роторных двигателей, несмотря на «детский» рабочий объем, оказался совершенно не детский аппетит. Для того же NSU Ro 80, на 100 км городского пробега 12-15 литров бензина вынь да положь! Оно понятно, удельные, относительные параметры, такие как расход топлива на единицу мощности, а также мощность на единицу объема, они в порядке. Но не все же хотят «гонять»!

Во-вторых, большие потери на трение между роторами и статорами. А это, в свою очередь, говорит о том, что они быстро изнашиваются. К чему приводит такой износ в роторно-поршневом моторе догадаться нетрудно, если еще раз взглянуть на схемы: сложные профили ротора, непростая форма статора говорят о низкой ремонтопригодности, высокой стоимости ремонта. Учитывая, что ресурсные параметры, долговечность, оказались небольшими, это стало приговором для отказа абсолютного большинства концернов от серийного, массового производства и применения роторно-поршневых двигателей Ванкеля.

Что касается мелкосерийного производства роторных моторов, то оно было освоено и в СССР, на ВАЗе, где выпускали мелкие партии автомобилей для спецслужб, в целях обеспечения контроля за перемещением иностранных граждан по нашим дорогам, за «Мерседесами» и «Вольво» которых на обычных, советских легковушках было не угнаться.

Впрочем, на нашей планете есть один автопроизводитель, который сумел минимизировать проблемы роторно-поршневых моторов и продолжает серийное производство агрессивно выглядящих купе с двухсекционными агрегатами Ванкеля. Это Mazda Motor . А модель, производимая в настоящее время, называется RX -8. Этот «сумасшедший» легкий, заднеприводный автомобиль, роторный мотор которого имеет всего 1.3 литра объемом, разгоняется до сотни за 6-6.5 секунды благодаря мощности «Ванкеля» от 192 л.с. (есть версии и помощнее). И при соответствующем уходе и заботе работать роторно-поршневые двигатели Mazda RX -8 могут сто и более тысяч километров, за что японским двигателистам честь и хвала. Но экономичности, низких эксплуатационных затрат и, тем более, стоимости ремонта они не обещали.

Вот такой вот расклад по роторно-поршневым двигателям.

Не оправдавший надежды

Немецкая фирма NSU оставила заметный след в истории мирового автомобилестроения благодаря созданию роторно-поршневого двигателя. Это заслуга ее инженера Феликса Ванкеля, чье имя и получил данный очень интересный мотор (РПД Ванкеля).

Немецкий период

Необходимо сразу отметить, что роторно-поршневой двигатель – это целое направление в моторостроении. Придумано огромное количество их разнообразных конструкций. Однако единственным доведенным до серийного производства представителем племени, в котором функцию поршня выполняет вращающееся тело, является именно РПД Ванкеля. Феликс Ванкель получил патент на свое изобретение в 1957 году. Первый в мире серийный автомобиль с роторно-поршневым двигателем (заднемоторный NSU Spider) начали выпускать в 1964 году, в 1967-м запустили в производство переднеприводный NSU Ro 80, завоевавший титул «Автомобиль года». А затем. NSU сошла со сцены – ее «проглотил» Volkswagen. Однако на этом развитие РПД Ванкеля не прекратилось – дело продолжила японская Mazda, причем весьма успешно. О достижениях японской компании поговорим позднее, а пока рассмотрим устройство немецкой диковинки. Предложенный Ванкелем двигатель состоял из трех основных компонентов: корпуса (в литературе его также называли картером или статором), ротора и эксцентрикового вала. Отличительной особенностью данного РПД является выполненная по эпитрохоиде внутренняя поверхность корпуса и трехгранная форма ротора. К боковой крышке корпуса прикреплена шестерня, которая при работе двигателя остается неподвижной. Другая шестерня с внутренним зацеплением соединена с ротором. Отношение количества их зубьев равно 2 : 3. Ротор через подшипник надет на эксцентрик вала и при поворачивании вала совершает сложное движение – он вращается вокруг своей оси, а та, в свою очередь, описывает окружность вокруг оси вала. Такая конструкция двигателя обеспечивает постоянное прилегание граней ротора к внутренней поверхности корпуса. При этом образуются три полости, объем которых зависит от положения вала и при его вращении периодически меняется (то увеличивается, то уменьшается). Получается как у обычного поршневого мотора, что позволяет реализовать хорошо известный четырехтактный цикл, т.е. впуск, сжатие, сгорание-расширение и выпуск. Все четыре такта в одной полости (камере) осуществляются за один оборот ротора, а камер три. Но если учесть, что эксцентриковый вал вращается в 3 раза быстрее ротора, то на один оборот двигателя приходится один рабочий такт. Следовательно, однороторный РПД можно сопоставить с одноцилиндровым 2-такт-ным или 2-цилиндровым 4-тактным мотором. Нельзя не отметить и обстоятельство, связанное с определением литража двигателя. Рабочий объем одной полости равен разности между ее максимальным и минимальным объемами, и их отношение дает степень сжатия. В обычном четырехтактном одноцилиндровом моторе количество топливовоздушной смеси, равное рабочему объему цилиндра, сжигается за два оборота коленчатого вала, а РПД с одним ротором за те же два оборота «пропускает через себя» смеси в 2 раза больше. Отсюда при равном рабочем объеме мощность роторного двигателя получается в 2 раза больше. Чтобы уравнять моторы (для удобства сравнения их характеристик), придумали выражать рабочий объем РПД двойной величиной, что вроде бы разумно. Но тут возникла путаница, так как в обращении оказались обе эти величины. Поэтому надо понимать, о чем в каждом конкретном случае идет речь. В качестве примера рассмотрим «движок» NSU Spider. Рабочий объем его камеры равен 497,5 см3; степень сжатия 8,5; мощность 54 л.с. при 6000 об/мин. Такая мощность соответствует литровому бензиновому мотору тех лет, поэтому приведенный (эквивалентный) рабочий объем рассматриваемого РПД определяют в 995 см3. Кстати, а как собирать налоги в тех странах, где ориентируются на «кубатуру» двигателей? Может быть, начислять даже не в двойном, а в тройном размере по отношению к объему полости, так как их три? Но это так, курьез. Камера сгорания у двигателя Ванкеля имеет серпообразную форму, которая весьма далека от оптимальной с точки зрения тепловых потерь. А это предопределяет повышенное потребление топлива. Не все хорошо получается и с токсичностью отработавших газов. Много неприятностей разработчикам доставило уплотнение ротора – оно получалось сложным и не обеспечивало необходимой герметичности, а также быстро изнашивалось. Потребовала к себе повышенного внимания и свеча зажигания – в силу конструктивных особенностей она не охлаждалась свежей смесью, а посему часто отказывала. Значительным событием стало появление NSU Ro 80. Автомобиль создан с максимальным использованием достоинств РПД. 115-сильный двухроторный мотор (объем камеры каждого ротора остался как у Spider, а суммарный «литраж» удвоился; эксцентрики сдвинуты друг относительно друга на половину оборота вала) расположен в переднем свесе. В результате получился просторный салон. NSU Ro 80 разгоняется до 100 км/ч за 12,8 с; достигает скорости 180 км/ч; расход топлива составляет 11,2 л на 100 км пути. Подведем промежуточный итог. По сравнению с обычным поршневым мотором той же мощности двигатель Ванкеля получается компактнее и легче, но отличается повышенным аппетитом и имеет больше проблем с экологией. Он хорошо уравновешен, однако желательно увеличить надежность и долговечность. Все сказанное относится к раннему периоду развития РПД. В дальнейшем его параметры удалось значительно улучшить, но и «шевелящие поршнями» тоже не стояли на месте и значительно продвинулись и по экономичности, и по экологичности, и по степени форсирования. В итоге реальной конкуренции со стороны РПД Ванкеля так и не получилось.

Читать еще:  Чем лучше мыть детали двигателя

Японская эра

Появление работоспособного роторного двигателя произвело сильное впечатление на мировую научно-техническую общественность. Многие фирмы закупили лицензии. РПД Ванкеля пытались применять в авиации, на водном транспорте, для газонокосилок, использовать в качестве стационарных для привода электрогенераторов и насосов. Для установки на мотоциклы создали роторные двигатели с воздушным охлаждением. Однако, несмотря на все усилия конструкторов, особого успеха эта деятельность не принесла. Хотя не обошлось и без исключения – Mazda, купив лицензию у немцев, внесла в двигатель собственные изменения и с 1967 года начала серийно комплектовать ими свою продукцию. Первым японским автомобилем с РПД стал двухместный спортивный Mazda Cosmo Sport (110S). Его 110-сильный двигатель (2 ротора, объем каждой камеры 491 см3) позволял достигать скорости 185 км/ч. За ним последовали другие. Выпуском роторных автомобилей фирма занималась более четырех десятилетий, причем в весьма приличных количествах. Большинство моделей могли комплектоваться как роторным, так и обычным моторами. К сожалению, при таком подходе теряется одно из главных достоинств РПД – его компактность. Зато увеличивается тираж, что благоприятно сказывается на цене. Среди роторных «японцев» были и более, и менее удачные модели. Значительным успехом стало создание в 1978 году Mazda Savanna RX-7. 2-роторный 130-сильный мотор разгонял 4-местный автомобиль до 180 км/ч. Специалисты фирмы постоянно занимались совершенствованием конструкции роторного двигателя. В целом нововведения шли в том же направлении, что и у обычных моторов. На смену карбюратору пришел электронный впрыск, электронным стало и зажигание. Экспериментировали с впускными трубопроводами, применяли турбонаддув, создавали устройства дополнительной очистки отработавших газов. Вершиной достижений стал 230-сильный «движок» RENESIS для 4-дверного купе Mazda RX-8. Компания всемерно старалась привлечь внимание к роторным двигателям, в том числе участвуя в соревнованиях «24 часа Ле Мана». В 1991 году пришел большой успех – роторная Mazda 787В с бортовым номером 55 выиграла эту престижнейшую гонку.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля

Роторный двигатель сегодня

В 1957 году на свет появилась альтернатива ДВС – Роторно-поршневой двигатель (РПД), изобретенный инженерами компании NSU Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. В основе его конструкции лежит трехгранный ротор, выполненный по форме треугольника «Рело», двигающийся по сложной траектории, называемой эпитрохоидой. Основными преимуществами такого двигателя перед двигателем внутреннего сгорания является высокая удельная мощность, выдаваемая двигателем в течение трех четвертей оборота выходного вала (поршень ДВС выдает мощность только с одной четверти оборота). Высокая мощность также обуславливается и меньшим количеством деталей (на 30-40%) по сравнению с обычным бензиновым двигателем. Вследствие этого двигатель достаточно компактен и легок, что положительно влияет на его динамические характеристики. Главными же недостатками роторного двигателя Ванкеля являются высокое потребление бензина и масла, а также быстрый износ уплотнителей между камерами сгорания, приводящий с резкому снижению КПД двигателя. Однако, несмотря на недостатки, новый двигатель, изобретенный Ванкелем, заинтересовал многих автопроизводителей, и в семидесятых годах патент на «ротор» приобрели почти все крупные автокомпании мира. Впрочем, с началом серийного производства автомобилей с роторными двигателями выяснилось, что двигатель Ванкеля слишком прожорлив и недостаточно надежен. Первые моторы выходили из строя уже после 50 тысяч километров. РПД снискал плохую репутацию, и многие производители автомобилей отказались от разработки и использования роторного двигателя. Но не все. Некоторые компании все-таки смогли найти применение изобретению Ванкеля.

Ротор в современном мире

Возможно, для многих из вас это станет сюрпризом, но специальное конструкторское бюро «Автоваза» с 1974 занимается разработкой и производством роторно –поршневых двигателей. Современные двигатели ВАЗ 415 и ВАЗ 425, производящиеся с 1982 года, применяются в основном в малой авиации из-за своей высокой удельной мощности (около 140 л.с.) и компактности. Также СКБ выпускает данные роторные двигатели, адаптированные для любых автомобилей ВАЗ. Долгое время такие силовые агрегаты устанавливались по спецзаказу только в автомобили преследования спецслужб, а с 1997 года отечественный ротор стал доступен для всех желающих. Однако из-за малых объемов продаж СКБ РПД в ближайшее время планирует отказаться от производства роторных двигателей для автомобилей, решив отдать предпочтение выпуску силовых агрегатов для малой авиации.

Серийным же производством автомобилей с роторным двигателем на сегодняшний день занимается только Компания Mazda Motors. Инженерам из Mazda удалось создать двигатель «Renesis», решивший основные проблемы роторного двигателя – неэкономичность, высокую токсичность выхлопа и малый ресурс.

Читать еще:  Вибрация двигателя на холостых getz

Двигатель был разработан специально для автомобиля Mazda RX-8 с задним приводом, производимый с 2003 года в стандартной (192 л.с.) и более мощной комплектации (232л.с.). В Европе этот автомобиль пользуется вполне стабильным спросом. В России же, несмотря на привлекательный дизайн, богатую комплектацию и хорошие динамические характеристики, продажи «Рыксы» идут не слишком хорошо. Если мы посмотрим на рынок подержанных автомобилей, то и вовсе увидим, что цена подержанной RX-8 значительно ниже номинальной стоимости, но даже несмотря на это продать ее довольно трудно. Виной тому именно недоверие российских автомобилистов по отношению к ротору. По мнению многих автомобилистов на автофорумах, ротор капризен, имеет огромный расход топлива, недолговечен и «неремонтопригоден».

Ротор в Сибири

ак ли это на самом деле, мы решили узнать у официального дилера Mazda в Новосибирске, компании «Макс — моторс». По телефону специалисты Mazda отметили, что, действительно, слабым местом автомобиля Mazda RX-8 является двигатель, а именно уплотнители между форсунками ротора, которые подвергаются сильному износу. В нормальных условиях эксплуатации их ресурс составляет обычно 100-150 тысяч километров, после чего двигателю нужен капитальный ремонт. В то же время официально ремонтом роторных двигателей в Сибири не занимается ни одна станция технического обслуживания. Возможен также вариант покупки нового двигателя, но, как отмечают сами специалисты, стоимость такой покупки через официального дилера будет сравнима со стоимостью нового автомобиля.

Что же делать, если срок службы двигателя подойдет к концу? Где и как его можно отремонтировать? Все эти вопросы мы решили задать самим владельцам этих редких в Сибири автомобилей, которых в Новосибирске и вовсе можно пересчитать по пальцам. Егор, эксплуатирующий RX-8 2003 года выпуска, отметил, что за 80 000 км пробега у него ни разу не было каких-либо нареканий на двигатель. По его словам, на практике при правильном обслуживании и регулярной смене масла двигатель Renesis работает весьма исправно и надежно. Главное, отмечает Егор, вовремя доливать масло (потребляет двигатель примерно 0.5-0.7 литров минерального масла на 1000 километров, производителем рекомендовано оригинальное масло Mazda Dexelia Ultra). Менять масло тоже придется чаще – через каждые 5 000 километров пробега.

В свое время Егор также задавался вопросом возможного капитального ремонта этого мотора. Изучив данный вопрос, он пришел к выводу, что такой ремонт на самом деле легко осуществим и совсем не сложен из-за довольно простой конструкции двигателя. «При возникновении проблем, связанных с износом ротора, я обращусь в СТО к знакомым техникам, где его полностью переберут и заменят изношенные детали в течение 7 часов», — заметил владелец Mazda RX-8. Другой обладатель RX-8, Владимир, приобрел для своей машины практически новый роторный двигатель через аукцион в Японии. Двигатель обошелся Владимиру в конечном итоге в 80 000 рублей. Предыдущий силовой агрегат был испорчен из-за засорения топливной форсунки, причиной которого стала заправка неправильным моторным маслом. Дальнейшая эксплуатация забитой топливной форсунки полностью испортила двигатель, и Владимир решил не заниматься ремонтом самостоятельно, а купил новый силовой агрегат. Таким образом, все владельцы Mazda RX-8 в основном сетуют на большой расход бензина и масла роторного двигателя, что вполне ожидаемо от спорткара с подобными динамическими характеристиками. Что касается надежности роторного двигателя ,то она достаточно высока при правильной эксплуатации, увеличивающей срок службы силового агрегата любого типа.

Роторный двигатель Ванкеля

Редкий год обходится в автомобильном мире без сенсаций. То вдруг один компоновочный принцип получает статистическое превосходство над другим, то появляется диковинной формы кузов, то наносит удар конкурентам «сверхкомфортабельный» автомобиль, то, наоборот, теснит соперников на рынке «сверхдешевый». Но есть одна проблема, которая все время владеет умами конструкторов заводов и фирм — это наделавший много шума тринадцать лет назад роторный двигатель. Между тем он почти так же стар, как и его поршневой собрат. Еще в 1799 году, спустя лишь тридцать лет после появления паровой поршневой машины, англичанин Д. Мардок построил первый паровой роторный двигатель шестеренчатого типа.

В двадцатом веке немало изобретателей пыталось создать роторный двигатель внутреннего сгорания. Было зарегистрировано свыше 30 тысяч патентов на изобретения в этой области. Однако из-за несовершенства уплотнений между роторами и корпусом все попытки оказались безуспешными.

Создателем работоспособного двигателя такого типа стал Феликс Ванкель. Он в течение многих лет в исследовательском институте занимался изучением разного типа уплотнений, работающих в условиях высоких давлений и температур. Немецкому изобретателю удалось найти верное решение идеи роторного двигателя. Первые патенты Ванкель получил в 1929 году. Через пять лет, совместно с фирмой БМВ, он построил экспериментальный мотор, оказавшийся, однако, далеким от совершенства. Свои исследования Ванкель продолжил после войны, когда стал сотрудничать с заводом НСУ. Много времени ушло на теоретические разработки, изучение и выбор наивыгоднейших параметров. Первый работоспособный мотор был построен в феврале 1957 года. И лишь семь лет спустя завод начал мелкосерийное производство автомобилей «НСУ-Спайдер» с роторным двигателем («За рулем», 1965, № 12). Позже был развернут серийный выпуск других моделей с «ванкелями»: НСУ-Ро80 («За рулем», 1968, № 4), «Мазда-110С космо спорт» («За рулем», 1970, № 2), «Мазда-Р100» и совсем недавно «Ситроен-М35» («За рулем», 1970, № 6).

Как работает роторный двигатель?

Его основная деталь, трехгранный ротор, вращается на игольчатом или скользящем подшипнике, установленном между ротором и эксцентриком, который составляет одно целое с валом мотора. К ротору прикреплена шестерня, а к боковой крышке картера двигателя — неподвижная шестерня, отношение зубьев которых равно 3:2. Таким образом, при вращении вала ротор не только движется вместе с ним, но и поворачивается относительно оси эксцентрика (как сателлит относительно оси водила в планетарном механизме). Благодаря этому при вращении обеспечивается постоянный контакт ребер ротора со
стенками рабочей полости корпуса. Ее конфигурация выбрана и выполнена таким образом, чтобы объем, ограниченный стенками рабочей полости, стенкой и двумя ребрами ротора, при вращении вала циклически изменялся. Рабочая смесь, всасываемая в эту постоянно меняющуюся по объему камеру через впускной клапан, последовательно сжимается, воспламеняется одной или двумя свечами, расширяется, поворачивает ротор, совершая работу, и выходит в атмосферу через выпускной канал. Для герметизации камер грани роторов снабжены уплотнителями.

Ротор вращается втрое медленнее вала. За полный оборот ротора совершается три рабочих такта — каждая из трех камер успевает пройти мимо свечи, которая воспламеняет сжатую в камере смесь. Следовательно, у «ванкеля» три рабочих такта совершаются за три оборота его вала, и по равномерности работы этот двигатель подобен одноцилиндровому двухтактному или двухцилиндровому четырехтактному.

Рабочий объем одной камеры представляет собой разность между ее максимальным и минимальным объемами, а степень сжатия выражается их отношением. У мотора «НСУ-Спайдер», например, эти величины составляют 497,5 см3 и 8,5.

Поршневой четырехтактный одноцилиндровый двигатель за два оборота коленчатого вала сжигает количество горючей смеси, равное рабочему объему цилиндра. Роторный же за два оборота сжигает вдвое больше смеси. Поэтому условились считать его рабочий объем равнозначным двойному объему камеры. Таким образом, «НСУ-Спайдер» можно сравнивать по этому параметру с 995-кубовым поршневым двигателем.

Достоинства роторного двигателя.

Прежде всего, он очень компактен. Так, мотор японского автомобиля «Мазда-110С космо спорт» при мощности 110 л. с. имеет длину 508 мм, ширину 594 мм, высоту 537 мм и весит 102 кг. Столь небольшие габариты позволили установить его в моторном отсеке автомобиля «Мазда-Р100», где мог бы разместиться поршневой двигатель лишь вдвое меньшего литража и мощности.

Читать еще:  Блок схема двигателя мазда 6

В сравнении с поршневыми роторные двигатели менее металлоемки и, следовательно, имеют меньший удельный вес. Важным, но не решающим, правда, преимуществом этих моторов является их хорошая уравновешенность. Двухроторный НСУ-Ро80 с эксцентриками вала, размещенными под углом 180 градусов, равноценен четырехтактному четырехцилиндровому поршневому двигателю. В последнее время появились и трехроторные конструкции, например, «Мерседес-Бенц-К111» («За рулем», 1970, № 1), имеющие еще более совершенную уравновешенность. На женевской выставке этого года демонстрировался экспериментальный спортивный автомобиль «Мерседес-Бенц» с четырехроторным мотором (4800 см3, 350 л. с. при 7000 об/мин), весящим 180 кг.

Автомобиль «Мазда-Р100» с роторным двигателем имеет классическую компоновку (в то время как НСУ-Ро80 и «Ситроен-М35» выполнены с передними ведущими колесами).

Однако рано говорить о том, что приход «ванкелей» должен поставить крест на поршневых конструкциях.

Минусы роторных двигателей.

Минусы роторных моторов еще довольно существенны, и это препятствует их широкому распространению. Поскольку распределение в них осуществляется кромкой ротора, неизбежен частичный выброс свежей смеси в выпускное окно. Велика утечка смеси из одной камеры в другую и при прохождении кромки ротора над углублением в рабочей полости для свечи. Наконец, вызываемая силами инерции вибрация уплотнительных пластин и прижимающих их пружин также способствует нежелательному прорыву сжатой смеси в соседнюю камеру. Все это неизбежно для нынешней конструктивной схемы и в сумме приводит к тому, что автомобиль с роторным двигателем расходует горючего на 20—30 процентов больше, чем равная по мощности, рабочему объему и весу машина с поршневым.

Другим, уже органическим недостатком «ванкеля» является то, что отношение поверхности камеры сгорания к ее объему очень велико. Температура стенок камеры поэтому ниже, чем у поршневого двигателя. Многие углеводороды, входящие в состав топлива, не успевают полностью сгорать, и отработавшие газы содержат больше вредных примесей, чем «выхлоп» поршневого мотора.

Еще один «минус» — роторный двигатель плохо приспосабливается к изменениям нагрузки, у него мал рабочий диапазон чисел оборотов. Правда, против этого недостатка найдена контрмера — карбюратор с двумя последовательно работающими смесительными камерами (диаметр их составляет 18 и 32 мм у НСУ и 21 и 28 мм у «Мазды»).

Характеристики «ванкелей» все еще оставляют желать лучшего. По сравнению с поршневыми двигателями роторные недостаточно гибки в работе. Компенсировать это нежелательное свойства можно усложнением трансмиссии автомобиля. Так, у НСУ-Ро80 и «Мерседес-Бенц-К111» узкий диапазон оборотов (всего лишь около 1000—2000 в минуту) потребовал применения пятиступенчатой и даже автоматической (НСУ-Ро80) коробки передач. Можно улучшить наполнение двигателя смесью на малых оборотах и таким образом расширить диапазон работы ценой уменьшения максимальной мощности. Для этого, так показал опыт, необходимо разместить впускные окна не в стенке корпуса (как у НСУ-Ро80 или «Мерседес-Бенц-К111»), а в боковых крышках («Мазда», «Кертисс-Райт»). Утечка смеси на малых оборотах уменьшается, но одновременно ухудшается наполнение на высоких оборотах.

НСУ-Ро80 и «Мацуда-100С», имеющие степень сжатия 9,2—9,4, работают на бензине с октановым числом соответственно 88 и 91. Масло в двигателе сменяется через 20000 (НСУ-Ро80) и 10000 км («Мазда-100С»), а замена свечей (склонных к замасливанию) необходима через 10 000 км.

Картеры изношенных двигателей не подлежат ремонтной расточке как цилиндры поршневых моторов — их восстанавливают электролитическим способом, нанося слой нового покрытия в специальных мастерских.

Уплотнения, эффективные и надежные, долгое время были проблемой для изобретателей роторных моторов. И сегодня еще этот узел, работающий в очень тяжелых условиях (высокие температура и давление, значительные инерционные нагрузки), доставляет немало хлопот конструкторам. Для смазки деталей уплотнений пришлось впрыскивать масло в карбюратор.

Отложения нагара препятствовали перемещению уплотнительных пластин ротора в пазах.

Много трудностей создавал значительный и вдобавок неравномерный износ самих пластин. Подбором материалов его удалось заметно снизить. Так, завод НСУ, сначала делавший пластины угольными, сейчас склонился в пользу хромистого чугуна, близкого по составу к тому, что идет на поршневые кольца. Подобный материал избрал и завод «Кертисс-Райт» (США). А «Мазда» все же держится угольных пластин.

Внутреннюю полость алюминиевого картера для уменьшения износа покрывают либо твердым хромом («Мазда»), либо слоем карбида вольфрама толщиной 0,23 мм («Кертисс-Райт»). Более редкое покрытие применяет НСУ — слой никеля с пылевидными частицами карбида кремния. Такие дорогие технологические ухищрения все же оправдывают себя — за 100 часов работы износ рабочей полости не превышает 0,007— 0,01 мм.

Сегодня роторные двигатели способны переносить достаточно продолжительно высокие нагрузки. Так, машины «Мазда-Р100» в 1969 году заняли пятое и шестое места на гонках в бельгийском городе Спа. За 24 часа они прошли соответственно 4046 и 3975 км, показав средние скорости 168,6 и 165,5 км/час.

Ротор является наиболее сложной частью двигателя. Чаще всего его делают из чугуна. В нем монтируются самые ответственные детали — уплотнительные пластины, прижимаемые к рабочей поверхности полости ленточными пружинами. Ротор охлаждается изнутри маслом. Для того чтобы уплотнительные пластины изнашивались равномерно, их делают разрезными, а цилиндрические сухарики обеспечивают правильную установку пластины относительно ротора.

Во время работы двигателя ротор непосредственно не соприкасается с внутренней полостью — контакт осуществляется при помощи радиальных и торцовых пластин. Это означает, что двигатель может работать сразу же с полной нагрузкой независимо от приработки деталей.

Исследования в области роторных двигателей ведутся сегодня почти двумя десятками заводов во всем мире. Многие из них купили лицензию у НСУ («Тое Когё», «Даймлер-Бенц», «Кертисс-Райт», «Альфа-Ромео», «Роллс-ройс», МАН, «Янмар», «Сакс», «Перкинс»). Некоторые предприятия, в том числе «Рено» во Франции, научно-исследовательские организации в СССР, Чехословакии, Польше занимаются самостоятельными разработками.

Каковы же перспективы роторных двигателей?

Многие специалисты считают, что они вряд ли смогут «найти широкое применение на мотоциклах, но оптимистически смотрят на использование их в качестве лодочных моторов, переносных силовых агрегатов, двигателей для вертолетов. Что касается установки «ванкелей» на автомобилях, то пока лишь три завода («Тое Когё», НСУ и «Ситроен») отважились на такой шаг, а «Даймлер-Бенц», «Кертисс-Райт» и другие ограничиваются пока опытными образцами.

Объем производства этих машин пока невысок — примерно 15—20 тысяч в год. Однако в нынешнем году японская фирма «Тое Когё» обещала выпустить свыше 100 тысяч автомобилей «Мазда» моделей «110С» и «Р100». Естественно, что с масштабами производства связаны себестоимость и цена автомобиля. В 1969 году НСУ-Ро80 и «Мазда-100С» стоили в продаже на 35—40 процентов дороже равных им по мощности, весу и вместимости легковых машин с поршневыми двигателями. «Мазда-Р100» в Японии (в Европу она пока не ввозится) в полтора—два раза дороже аналогичных машин с поршневым мотором. Однако, по расчетам экономистов, «ванкели» при равных объемах производства с нынешними поршневыми моторами обойдутся в полтора раза дешевле их.

Можно ли сегодня сделать решительный прогноз о дальнейшей судьбе роторного двигателя? Пока он проходит «акклиматизацию» в мире моторов, постепенно изживая «минусы» и наращивая «плюсы». Очевидно, в ближайшие годы о вытеснении поршневого двигателя роторным говорить не приходится.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector