Автомобили с роторным двигателем – стоят ли они внимания? + видео

Роторный двигатель достоинства и недостатки | автомобили с роторным двигателем

Роторный двигатель достоинства и недостатки

В этой статье Вы узнаете достоинства и недостатки роторных двигателей. Кроме того рассмотрим автомобили на которые устанавливался роторный двигатель.

Первый кто придумал роторный двигатель внутреннего сгорания это Феликс Ванкель. Именно поэтому нередко этот двигатель ассоциируется с ним и носит его имя. Первый роторный двигатель заработал в уже 1958 году. Но большинство автопроизводителей так и не решились устанавливать роторный двигатель на свои автомобили.

Единственный кто решился на массовое производство автомобилей с роторным двигателем это Mazda. Один из таких автомобилей RX 8. Советские инженеры тоже создали некоторое ограниченное количество автомобилей с роторным двигателем. Но об этом немного позже.

Вероятней всего от роторных двигателей отказались из-за низкого ресурса. Ресурс роторного двигателя в силу конструкции редко превышает 100 тысяч.км.

Устройство

Принцип работы роторного двигателя схож с поршневым двигателем. Также работа двигателя состоит из 4 тактов. Впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Но есть серьезные отличия у роторного двигателя отсутствует ГРМ, поршни, шатуны, коленвал. Так как в них необходимости.

Цилиндр в роторном двигателе выполнен в овальной форме. Роль поршня выполняет ротор который, имеет треугольную форму. Он же выполняет и роль ГРМ так как в зависимости от момента вращения, то открывает впускное окно для подачи воздуха, то закрывает. Также присутствует выпускное окно через которое выводятся выхлопные газы. Топливо в роторном одно секционном двигателе воспламеняется двумя свечами зажигания.

Достоинства

1) Более высокий КПД в районе 40 %. Это происходит за счёт того, что за одно вращение происходит 3 цикла работы.

2) Более простая конструкция за счёт отсутствия многих деталей которые присуще поршневому двигателю.

3) Более лёгкий вес.

4) Роторный двигатель высок оборотистый его можно раскручивать более 10 000 об/мин. Редко какой поршневой двигатель сможет похвастаться такими высокими оборотами.

5) Более мягкая работа и отсутствие вибраций, так как ротор постоянно движется в одном направлении.

К сожалению роторный двигатель не лишён недостатков.

Недостатки

1) Автомобили с роторным двигателем расходуют больше топлива чем его поршневые собратья.

2) Роторный двигатель менее экологичен.

3) Трудоемкий ремонт. Зачастую ротор приходится менять целиком.

4) Низкий ресурс около 100 тыс.км

Некоторые автомобили с роторным двигателем

Компания Mazda одна из немногих кто живо занимался усовершенствованием роторного двигателя вплоть до 21 века. Им удалось достичь немалого прогресса. Двигатель с мизерным объемом 1,3 литра выдавал 215 л.с. Был и еще более мощный вариант с 231 л.с таким же объемом. Это харизматичное заднеприводное купе стало представителем автомобилей с роторным двигателем. К сожалению продажи начали падать поэтому в Августе 2011 года производство автомобилей Mazda RX-8 были вынуждены закрыть.

В России был создан образец с роторным двигателем характеристики которого на тот момент были впечатляющими. Этот двигатель устанавливался на полицейские автомобили. Роторный двигатель на ваз 2109 выдавал 140 л.с благодаря этому мотору разгон до 100 км/ч занимал всего 8 секунд, а максимальная скорость составляла 200 км/ч. Из-за высокой стоимости агрегата и его невысокой надежности автомобили не прижились. Были и более мощные образцы, но их ресурс оставлял желать лучшего. Тем не менее этот автомобиль отлично выполнял роль догонялки и мог обогнать любой советский автомобиль, даже многие не спортивные иномарки.

Mercedes C111 показался публике в Женеве в 1970 году. На этот автомобиль устанавливался трех-секционный роторный двигатель объемом 1,8 литра, который имел 280 л.с. При этом разгон до первой сотни занимал всего 5 сек. Максимальная скорость 275 км/ч.

4)Ваз 21019 Аркан

С виду ваз 21011, но внутри располагался ваз-411 это двух-секционный роторный двигатель который выдавал мощность 120 л.с. Максимальная скорость такого автомобиля была 160 км/ч. На практике скорее всего больше. Несомненно в советское время укрыться от такого автомобиля было не просто.

Роторный двигатель очень хорош для гонок так как он высок оборотистый и обладает хорошей мощность при этом обладает более легким весом и занимает меньше места под капотом. Для гонок ресурс двигателя не является самым важным показателем. Если увеличить ресурс, экономичность и экологичность роторного двигателя, то он будет устанавливаться на автомобили гораздо чаще.

Рейтинг надежности двигателей автомобилей: два литра проблем

Какой двигатель надежнее и долговечнее? Расставляем по местам восемь атмосферных бензиновых моторов объемом 2,0 литра.

Двигатель — основной и самый дорогостоящий агрегат, от его надежности во многом зависит, затратным ли окажется содержание автомобиля. Особенно это актуально для покупателей подержанных машин. Хотя бы потому, что обычно моторы начинают требовать внимания уже по истечении гарантийного срока — чаще у вторых или третьих хозяев. Именно им в первую очередь адресован наш рейтинг, подготовленный совместно с московской компанией ИНОМОТОР, которая около двадцати лет занимается профессиональным ремонтом двигателей.

Мы запланировали несколько сравнительных материалов, в которых рассмотрим двигатели разного объема. Начнем с атмосферных бензиновых двухлитровых моторов. Поскольку добротный капитальный ремонт — удовольствие недешевое, к мотористам почти не привозят агрегаты меньшей кубатуры: их восстановление обойдется дороже так называемого контрактного двигателя с пробегом, привезенного из-за границы. Поэтому статистика по таким моторам слишком скудна для сравнительного анализа.

В рейтинге представлены хорошо изученные и популярные двигатели, дебютировавшие 10–15 лет назад. Примерно в это время произошло значительное падение качества — существенно снизились ресурс моторов и их надежность. По большей части эти агрегаты ставили на автомобили предпоследнего поколения, многие из которых стали бестселлерами на вторичном рынке. Они накатали солидные пробеги, дав достаточно материала для размышлений о надежности.

Основной критерий при распределении мест — общий ресурс двигателей. Кроме того, оцениваем надежность их отдельных систем и элементов, а также качество изготовления деталей. Технологии ремонта мы подробно рассматривали в материале «Вторая жизнь» (ЗР, 2015, № 1). Практически все элементы моторов можно восстановить — вопрос лишь в экономической целесообразности. Подходы к ремонту двигателей, представленных в обзоре, идентичны, разница лишь в количестве деталей, требующих лечения. Поэтому в качестве дополнительного критерия сравнения рассматриваем стоимость и доступность запчастей.

В целом атмосферные бензиновые моторы объемом 2,0 л — довольно ресурсная и не самая проблемная группа; многие двигатели тех же семейств, но с бóльшим объемом, например 2,3–2,5 литра, значительно капризнее. Это справедливо и для «призеров» нашего рейтинга.

8-е место: BMW

Двигатели BMW серий N43, N45 и N46 принадлежат к одному семейству, хотя имеют конструктивные различия. Их основные носители — модели 318i, 320i (E90) и 520i (E60) — представители предпоследних поколений BMW третьей и пятой серий.

Средний ресурс моторов по износу цилиндропоршневой группы оценивают ниже 150 000 км — качество изготовления деталей не выдающееся. Двигатели технически сложны для своего времени — пожалуй, даже чересчур. У них много систем и узлов, начинающих капризничать еще до наступления естественного износа цилиндров и поршневых колец.

Моторы конструктивно склонны к потреблению масла, причем ситуацию усугубляют некоторые неисправности. По причине выхода из строя резиновой диафрагмы клапана вентиляции картерных газов масло начинает попадать во впускной трубопровод — автомобиль дымит, как паровоз. К 100 000 км пробега из-за износа направляющих втулок возникает повышенный люфт клапанов системы ГРМ, в результате масло через маслосъемные колпачки попадает прямиком в камеру сгорания. К тому же неполное закрытие клапанов приводит к пропускам зажигания и перебоям при холодном пуске мотора зимой.

До 150 000 км обычно не доживают цепь ГРМ и муфты изменения фаз газораспределения. Из-за неравномерного удлинения цепь начинает шуметь, возможен даже обрыв, и тогда встреча поршней с клапанами неизбежна. Но чаще она только перескакивает на несколько зубьев без катастрофических последствий. Вдобавок к механическому износу муфт изменения фаз примерно к 100 000 км пробега масляные отложения забивают управляющий ими соленоид — мотор переходит в аварийный режим.

Капризна и система изменения высоты подъема впускных клапанов (Valvetronic), которая работает вместо привычной дроссельной заслонки. После 100 000 км пробега масляными отложениями забивается дорогостоящий электромотор, и в конце концов его заклинивает. Из-за частой езды по пробкам на клапанах нарастает нагар, что оборачивается их неполным закрытием. На оборотах холостого хода чувствительная система воспринимает это как серьезную неисправность, мотор начинает работать с перебоями, загорается контрольная лампа Check Engine.

Эти моторы BMW, как и многие их современники, не имеют заводских ремонтных размеров. В случае критического износа стенок цилиндров мотористы растачивают и гильзуют блоки, сохраняя при этом номинальный размер поршневой группы. Увы, оригинальные запчасти моторов BMW — самые дорогие среди прочих из нашей подборки, а аналогов им практически нет. Капитальный ремонт этих моторов наиболее затратный.

7-е место: Volkswagen

Моторы 2.0 FSI ставили на многие модели концерна Volkswagen. Самые распространенные — Golf V, Passat B6, Octavia и Audi A3 второго поколения.

Средний ресурс двигателей — 150 000 км. Мотористы оценивают уровень качества изготовления их элементов как средний. Подобно моторам BMW, фольксвагеновские агрегаты 2.0 FSI из-за технически сложной конструкции не блещут надежностью, но масштабы бедствия поменьше.

Топливная аппаратура непосредственного впрыска капризна. Дорогостоящие, но недолговечные форсунки и ТНВД умирают уже после 100 000 км пробега. Кроме того, вследствие конструктивного недостатка системы питания возникает неравномерный износ цилиндров: форсунка распыляет бензин практически на противоположную стенку цилиндра, тем самым смывая с нее масло. Уже к 120 000 км пробега цилиндр в этой зоне из-за износа имеет отчетливую бочкообразную форму.

Еще один недостаток непосредственного впрыска: топливо не очищает впускные клапаны от нагара. Рано или поздно это приводит к их неполному закрытию и нестабильным холодным пускам мотора, особенно зимой. Усугубляет ситуацию быстрый износ направляющих втулок клапанов (как у моторов BMW), что вдобавок ведет к повышенному расходу масла.

Отметились двигатели FSI и частым залеганием поршневых колец. Заметное уменьшение их толщины значительно повлияло на жесткость. Кстати, это одна из тенденций в современном двигателестроении: снижение массы сказывается на надежности. Менее жесткие кольца быстрее теряют свою исходную геометрию, закоксовываются и фактически перестают работать. Один из предвестников этого — затрудненный холодный пуск мотора в зимний период.

Ремонтные размеры для моторов FSI не предусмотрены. Оригинальные запчасти не из дешевых. Благо, на рынке предостаточно заменителей. В целом стоимость капитального ремонта двигателей FSI высока, дороже только у агрегатов BMW.

6-е место: Ford/Mazda

Совместное детище компаний Ford и Mazda — двигатели семейства Duratec HE/MZR. Эти идентичные моторы широко распространены, их устанавливали на такие массовые модели, как Mazda 3 и Mazda 6 первых двух поколений, Focus и Mondeo предыдущих генераций.

Ресурс моторов — 150 000–180 000 км. Конструктивно они довольно просты, но, увы, качество деталей оставляет желать лучшего. Кроме того, эти двигатели особенно чувствительны к масляному голоданию и перегревам.

При активной езде значительно возрастает расход масла. Если владелец не уследил за его уровнем, велик риск проворота шатунных и коренных вкладышей коленчатого вала. На этих двигателях вкладыши выполнены без замков и установлены внатяг — на месте они удерживаются лишь благодаря упругости металла. К сожалению, сегодня это еще одно распространенное решение. Достаточно непродолжительного масляного голодания или незначительного перегрева мотора, и вкладыши теряют свою геометрию.

При провороте вкладышей страдают шейки коленвала и его постели в блоке цилиндров. При их ремонте всплывает посредственное качество изготовления. Нередки случаи, когда трескаются шейки вала: дорогостоящий вал — на выброс. А при откручивании болтов коренных крышек из отверстий высыпаются ошметки резьбы. Очевидно, что при сборке она уже не выдержит требуемого момента затяжки. Приходится ее восстанавливать с помощью футорок.

У двигателей нет ремонтных размеров. При этом для двигателей моделей Ford запчасти по отдельности недоступны — только как шорт-блок (блок цилиндров в сборе). Благо, в продаже есть аналогичные детали Мазды. На рынке представлены и неоригинальные запчасти. Цена капитального ремонта моторов средняя.

5-е место: Renault-Nissan

Моторы концерна Renault-Nissan семейств M4R/MR20 больше знакомы по японским кроссоверам. Агрегатом MR20 вооружали X‑Trail предыдущего поколения, а Qashqai не расстался с ним и поныне. Французский аналог стоял на Мегане третьего поколения и пока еще доступен для Флюэнса.

Ресурс моторных братьев составляет 180 000–200 000 км. Качество деталей лучше, чем у ближайших конкурентов — моторов для автомобилей Ford и Mazda, но без слабых мест тоже не обошлось. Иногда появляются трещины на шейках коленчатых валов и возникает деформация четвертого цилиндра — как правило, когда сервисмены при установке коробки передач перетягивают болты крепления. Недолговечна цепь ГРМ: растягивается уже к 80 000 км пробега.

Как обычно, ремонтные размеры не предусмотрены. Доступны оригинальные запчасти по отдельности. По стоимости капитального ремонта эти двигатели сопоставимы с парой Ford/Mazda.

4-е место: Mitsubishi

Мотор Mitsubishi серии 4B11 открывает подгруппу двигателей, лишенных серьезных болезней. Его ставили на Outlander предыдущего поколения и Lancer Х первых лет выпуска.

Ресурс двигателя — 180 000- 200 000 км. Качество изготовления его элементов хорошее. Общая надежность мотора во многом обусловлена еще и простотой конструкции, лишенной капризных систем. Как правило, двигатели попадают к ремонтникам из-за естественного износа цилиндропоршневой группы.

Мотор имеет ремонтный размер. Доступны оригинальные запчасти по отдельности.

По стоимости восстановления двигатель Mitsubishi сопоставим с моторами Renault, Nissan, Ford, Mazda.

3-е место: Honda

Мотор Honda серии R20 ставили преимущественно на Accord седьмого и восьмого поколений и на CR-V двух последних генераций.

Ресурс — около 200 000 км. Качество изготовления деталей чуть выше, чем у мотора Mitsubishi. Двигатель R20 надежен и конструктивно прост. Простая схема регулировки клапанов «винт — гайка» не требует подбора и замены толкателей клапанов. При соблюдении регламента этой операции (каждые 45 000 км) R20 не будет доставлять хлопот вплоть до возникновения естественного износа цилиндропоршневой группы.

Ремонтные размеры для двигателя не предусмотрены. Запчасти для моторов Honda недешевы, поэтому капитальный ремонт один из самых дорогих в японской подгруппе.

2-е место: Toyota

Хорошо зарекомендовавший себя мотор Toyota серии 1‑AZ трудился под капотом, например, Авенсиса второго поколения и кроссовера RAV4 предпоследней генерации.

Читайте также:  Ремонт топливных форсунок Denso своими руками: замена фильтра, таблица производительности +видео

Ресурс — около 200 000 км. Качество изготовления элементов очень хорошее. В нашем списке два явных лидера по этому показателю — Toyota и Subaru. Двигатель 1‑AZ опередил хондовский R20 и по другому параметру: оригинальные детали для него относятся к числу наиболее дешевых. Цена восстановления двигателя 1‑AZ — самая низкая в нашем рейтинге.

1-е место: Subaru

Самым надежным и «долгоиграющим» двигателем в группе мотористы назвали оппозитный агрегат Subaru серии EJ20, знакомый с конца 1990‑х. Его до сих пор ставят на некоторые модели, предназначенные для японского рынка. В Европе эпоха этого оппозитника закончилась в 2011 году, когда ему на смену пришел обновленный мотор серии FB с цепным приводом ГРМ вместо ременного. Среди последних распространенных моделей Subaru мотором EJ20 вооружают Forester и Импрезу третьего поколения.

Ресурс — 250 000 км. Качество деталей такое же высокое, как у тойотовского 1‑AZ, и вдобавок у EJ20 есть еще один козырь. Это один из немногих двигателей из нашего списка, для которого предусмотрен хотя бы один заводской ремонтный размер — большая редкость для моторов начала 2000‑х годов.

Однако и у двигателя Subaru есть свой минус. Хотя и имеется альтернатива гильзовке блока, но оригинальные запчасти дороговаты, а аналогов очень мало.

Среди японской «большой четверки» мотор Subaru потребует самых больших расходов на капитальный ремонт. Высокий ресурс и надежность стоят денег.

Благодарим ООО «ИНОМОТОР» (г. Москва) за помощь в подготовке материала

Изучаем странные двигатели, застрявшие на обочине прогресса

Авторы необычных моторов, как правило, сулят революцию. Однако даже когда у крупных компаний есть возможность начать с чистого листа, они отчего-то ставят на конвейер классические поршневые ДВС. Один из последних примеров — семейство двигателей Ingenium компании JLR.

Двигатели Ванкеля, Стирлинга, разного рода газотурбинные установки так и не стали автомобильным мейнстримом. Ряд известных компаний (от Мазды до GM, от Мерседеса до Volvo) работали над ними десятки лет, упорствовали маленькие фирмы и отдельные изобретатели. Увы, в конце концов выяснялось, что подводных камней в той или иной конструкции намного больше, чем казалось вначале. Но это не значит, что развитие альтернативных агрегатов невозможно. Энтузиасты перебирают идею за идеей, и мне как инженеру-двигателисту интересно поделиться с вами рядом экзотических схем.

Некоторые создатели перспективных двигателей решили, что комбинация из цилиндра, поршня, шатуна и коленвала отлично себя зарекомендовала более чем за столетие и, чтобы улучшить параметры ДВС, не надо изобретать её заново — достаточно лишь подправить кое-какие аспекты. Поэтому первый в нашем обзоре — мотор американской компании Scuderi Group, который имеет классические такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, но происходят они не в одном и том же цилиндре, а в разных. Так называемый холодный цилиндр отвечает за впуск и сжатие, а второй, горячий — за рабочий ход и выпуск.

В простейшем моторе Scuderi цилиндров два: поршень в холодном цилиндре отстаёт на 30 градусов поворота коленвала от собрата в горячем.

Пока в рабочем цилиндре идёт расширение газов, в холодном, компрессорном, — такт впуска. В рабочем — выпуск, в холодном — сжатие. В конце такта сжатия поршни приближаются к своим верхним мёртвым точкам, смесь через перепускной канал перебрасывается из холодного цилиндра в горячий и поджигается. Такой разделённый цикл (в принципе — тот же цикл Отто, пусть и модифицированный) американцы придумали в 2006 году, а в 2009-м построили опытный Scuderi Split Cycle Engine. У компрессорного и рабочего цилиндров могут быть разные диаметры и ходы поршней, что даёт гибко настраивать параметры — получается аналог цикла Миллера с дополнительным расширением газов.

Экспериментальный литровый мотор Scuderi на стенде работает плавно и относительно тихо — даже без глушителя!

По расчётам мотор Scuderi на 25% экономичнее обычного, а с турбонаддувом и теплообменником, передающим энергию выхлопных газов воздуху в перепускном канале, и того выше. В четырёхцилиндровом варианте один компрессорный цилиндр может загонять смесь в три рабочих.

Если к каналу между цилиндрами добавить ответвление с клапанами и баллоном высокого давления, можно заставить такой мотор собирать энергию при торможении и использовать её при разгоне (этот режим показан на последней минуте первого ролика). Однако на протяжении уже ряда лет деятельность компании Scuderi Group ограничивается лишь опытными образцами и участием в выставках. Похоже, реальная экономичность тут всё же не может перебить высокую сложность конструкции.

Двухтактный агрегат Paut Motor использует принцип, подобный применённому в моторах Scuderi Group, — сжатие и рабочий ход тут происходят в разных цилиндрах, между которыми устроены перепускные каналы.

К разделённому рабочему циклу обратились было и разработчики хорватской фирмы Paut Motor. Их «разнесённая» конструкция привлекла меньшим числом деталей, низким трением и сниженным шумом. А необходимость внешнего бака для системы смазки, вызванная тем, что в картере масла не предусмотрено, не испугала. Изобретатели построили несколько опытных образцов. Для рабочего объёма в семь литров их габариты (500×440×440 мм) и вес (135 кг) оказались чуть ли не вдвое ниже, чем у традиционных ДВС. А отдачу так и не выяснили. Последний прототип был собран в 2011 году, а затем проект заглох.

В агрегате Paut Motor — четыре рабочих камеры с поршнями диаметром 100 мм и четыре компрессионных (120 мм). Двухсторонние поршни передают усилия на коленвал, который, благодаря паре шестерён с внутренним зацеплением, совершает планетарное движение.

Двухтактный двигатель Bonner (по имени спонсора, фирмы Bonner Motor), изобретённый в 2006 году в США Вальтером Шмидом, устроен ещё сложнее. Как и в проекте Paut Motor, цилиндры тут расположены буквой X, а коленвал тоже совершает планетарное движение за счёт системы шестерён.

Ключевое отличие от схемы фирмы Paut Motor — роль рабочих поршней играют подвижные цилиндры, соединённые с коленвалом (показаны красным). А с внешней стороны их закрывают неподвижные поршни (отмечены серым).

За газораспределение в Боннере отвечают клапаны в донышках цилиндров и вращающиеся золотники в корпусе мотора. При этом внешние поршни могут немного смещаться под давлением масла, обеспечивая переменную степень сжатия. Запутанная схема! А всё — ради высокой мощности на единицу веса. В теории Bonner выглядит интересно, но на практике о нём уже давно нет никаких новостей — судя по всему, надежд он не оправдал.

Некий мистер Смоллбон получил американский патент на аксиальный мотор ещё в 1906 году. Но если бы такой агрегат был идеалом, через 110 лет все автомобили использовали бы его.

Другие изобретатели не меняли рабочие циклы ДВС, а сосредотачивались на расположении его частей. Таковы, например, аксиальные моторы, которым уже больше ста лет (один из ранних патентов — на рисунке выше). Все они отличаются деталями, но объединены общим принципом — цилиндры располагаются, как патроны в барабане револьвера, с соосным выходным валом. За преобразование возвратно-поступательных движений поршней во вращение вала отвечают разные системы вроде наклонённых к продольной оси двигателя штифтов, косых шайб и тому подобного.

По такому принципу сегодня работают некоторые компрессоры. Добавив продуманное газораспределение и зажигание, можно превратить подобный блок в мотор.

. такой, как американский Dina-Cam 1960-х с полувековыми корнями. Благодаря хорошему соотношению веса и мощности аксиальные агрегаты прочили на роль моторов для лёгких самолётов.

Разновидностью аксиальных агрегатов является новозеландский проект фирмы Duke Engines — пятицилиндровый четырёхтактник рабочим объёмом три литра. По сравнению с классическим ДВС того же литража этот был, по расчётам авторов, на 19% легче и на 36% компактнее. Ему сулили применение в самых разных областях, но мечты о завоевании целого мира остались мечтами.

Опытный образец мотора Duke был построен в 2012 году. Потом он мелькал на выставках, собирал призы, но вот уже несколько лет новостей о нём нет.

Ещё более сложный аксиальный пример — двигатель RadMax канадской фирмы Reg Technologies. Здесь вместо цилиндров в общем барабане с помощью тонких лопастей организована дюжина отсеков. В прорезях ротора установлены пластины, которые сдвигаются вдоль них по мере его вращения. С торцов полученные переменные объёмы ограничивают изогнутые поверхности: они задают траекторию движения лопастей и заведуют газообменом.

Основные части мотора RadMax. За один оборот вала тут происходит 24 полных рабочих цикла.

Схема RadMax позволяет создавать двигатели под разные виды топлива, хотя изначально изобретатели выбрали дизельное. В 2003 году был построен образец диаметром и длиной всего 152 мм. Он развивал 42 силы — в разы больше, чем схожий по габаритам ДВС. Позже фирма отчиталась о создании более крупных прототипов на 127 и 380 сил. Но, судя по релизам, вся её деятельность по-прежнему не выходит за рамки экспериментов.

Ещё один пример превосходства теории над практикой — тороидальный мотор Round Engine (или VGT Engine) уже исчезнувшей канадской компании VGT Technologies. Первые прототипы двигателя с тором переменной геометрии (отсюда и буквы VGT — Variable Geometry Toroidal Engine) инженеры испытывали ещё в 2005 году.

Авторы кругового двигателя избавились от возвратно-поступательных движений. Отсюда — радикальное снижение вибраций. Плюсом можно назвать минимальное число деталей и хорошую расчётную экономичность.

Тор здесь играет роль цилиндра, внутри которого вращается ротор с парой закреплённых на нём поршней. Необходимые для обеспечения рабочих тактов переменные объёмы образуются между поршнями с помощью тонкого распределительного диска с вырезом под поршни, который ремённым или иным приводом вращается поперёк тора. Этот диск ограничивает топливно-воздушную смесь в процессе сжатия и рабочего хода.

Система фирмы Garric Engines похожа на VGT, однако вместо поперечного распреддиска использовано шесть поворотных золотников.

В 2009 году свой тороидальный мотор, принципиально повторяющий канадский, разработали американцы Гарри Келли и Рик Айвас (видео выше). По их оценке, тор полуметрового диаметра обеспечивал бы 230 л.с. и около 1000 Н•м всего при 1050 об/мин. Но… На сайте их фирмы Garric Engines сейчас висит заглушка «Спасибо за интерес. В будущем страница может быть обновлена». Возможно, чуть лучшая судьба ждёт так называемый нутационный двигатель, придуманный американцем Леонардом Мейером в 2006 году — его хотя бы построили в нескольких экземплярах.

Главный принцип нутационного диска: в процессе работы он не вращается вокруг вала, а качается из стороны в сторону. Добавив перегородки, получаем отсеки, в которых газ может сжиматься и расширяться.

Нутация по-латински означает «кивать». Мейер сформировал четыре рабочие камеры переменного объёма между корпусом мотора и «кивающим» по сторонам диском, который играет роль поршня. Диск разрезан пополам вдоль своего диаметра и нанизан на Z-образный вал, с которого и снимается мощность. За газообмен отвечают каналы и клапаны в корпусе.

Рабочий диск показан в разрезе. Минимализму, уравновешенности и лёгкости нутационной конструкции позавидует даже двигатель Ванкеля.

Прототипы мотора Мейера построила компания Baker Engineering и родственная ей Kinetic BEI. С единственным диском диаметром 102 мм агрегат развивает семь сил, а с парой дисков по 203 мм — уже 120! Длина двухдискового двигателя — 500 мм, диаметр — 300, а рабочий объём — 3,8 л. На килограмм веса — 2,5−3 «лошади» против одной-двух у массовых атмосферных ДВС (из немассовых некоторые моторы Ferrari выдают больше трёх сил на килограмм, но при высоченных 9000 об/мин). Литровая мощность, правда, не впечатляет. Ныне Baker и Kinetic вроде как доводят проекты до ума, хотя особой активности на их сайтах не видно.

За один оборот вала в двухдисковом нутационном агрегате происходят те же четыре рабочих хода, что и в восьмицилиндровом поршневом «четырёхтактнике». На фото — одно- и двухдисковые рабочие прототипы. (Кстати, из двух дисков в принципе можно создать и машину с разделённым циклом, одному отдать сжатие смеси, другому рабочий ход.)

В 2010 году нутационный мотор попал в зону интереса исследовательского центра ВВС США. Гарри Смит, менеджер лаборатории, демонстрирует внутренности мотора и объясняет, что особую ценность конструкция представляет для лёгкой авиации.

Идея роторных агрегатов различного типа так часто привлекает новаторов, будто один лишь отход от знакомой схемы даёт существенное повышение характеристик. Так, Николай Школьник, выходец из СССР, давно перебравшийся в США, с сыном Александром разработал мотор, напоминающий двигатель Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор арахисовой формы также вращается в треугольной камере, но в отличие от агрегата Ванкеля уплотнители закреплены не на поршне, а на стенках камеры.

В роторе LiquidPiston есть полость, играющая свою роль в газообмене. Процесс сгорания проходит при постоянном объёме, а затем идёт расширение — это один из факторов, повышающих КПД.

Для развития конструкции Школьники основали фирму LiquidPiston, которой заинтересовалось оборонное агентство DARPA — теперь оно софинансирует эксперименты в расчёте на перспективы работы «арахисовых» агрегатов в лёгких летательных аппаратах, включая беспилотники, и в переносных генераторах. Опытный моторчик рабочим объёмом 23 см³ обладает неплохим для таких габаритов КПД в 20%. Теперь авторы нацелены на дизельный прототип весом около 13 кг и мощностью 40 л.с. для установки на гибридный автомобиль. Его КПД якобы вырастет уже до 45%.

Первый образец мотора Школьников можно положить на ладонь. Он весит 1,8 кг и может заменить вдесятеро более тяжёлый поршневой ДВС карта (показан слева). Мощность всего 3 л.с., но классический двигатель такого размера был бы ещё слабее.

Последний рассмотренный нами мотор демонстрирует, что идея плоского агрегата (ротор ведь можно сделать очень узким) заманчива. Вместе с тем для её реализации сами роторы не так обязательны — достаточно «оквадратить» традиционный поршень и, соответственно, сделать прямоугольным на виде сверху цилиндр.

Этой странной разработке фирмы Pivotal Engineering уже несколько лет, в течение которых создан ряд образцов, приводивших в движение мотоциклы и самолёты. Авторы адресуют так называемый качающийся поршень в первую очередь авиации. Помимо высоких выходных характеристик по отношению к весу и габаритам, такой двухтактный агрегат отлично поддаётся форсировке за счёт прохождения сквозь неподвижную ось поршня (рисунок ниже) жидкостного канала охлаждения. С иной схемой такой трюк затруднителен.

Читайте также:  Замена помпы (водяного насоса) на Пежо 307 308 своими руками + видео и фотоотчет

Задумка компании Pivotal Engineering из Новой Зеландии представляет собой мотор с качающимися прямоугольными (в плане) поршнями. Один их край закреплён на неподвижной оси, второй — связан с шатуном. Справа — четырёхцилиндровый образец на 2,1 л.

За пределами нашего обзора осталось ещё много экзотических разработок вроде 12-роторного мотора Ванкеля, двигателя Найта или агрегатов со встречными поршнями, ДВС с изменяемой степенью сжатия или с пятью тактами (есть и такие!), а ещё роторно-лопастные агрегаты, в которых составные части ротора совершают движения, будто сходящиеся и расходящиеся лезвия ножниц.

Ещё пример чудачеств — H-образный двигатель, объединяющий в себе две рядные «пятёрки». Автор патента Луи Хернс полагает, что одну половину агрегата можно адаптировать под бензин, а другую — под метан и активировать их как врозь, так и вместе.

Даже беглый экскурс за пределы классических ДВС показал, сколь большое количество идей не находит массового воплощения. Роторы часто губит проблема износа уплотнений. Роторно-лопастные варианты вдобавок страдают от высоких знакопеременных нагрузок, разрушающих механизм связи лопастей и вала. Это только одна из причин, почему мы не встречаем такие «чудеса» на серийных автомобилях.

Вторая — в том, что и традиционные ДВС не стоят на месте. У последних бензиновых образцов с циклом Миллера термический КПД доходит до 40% даже без турбонаддува. Это много. У большинства бензиновых агрегатов — 20−30%. У дизелей — 30−40% (на крупных судах — до 50). А главное — глобальная альтернатива ДВС уже найдена. Это электромоторы и силовые установки на топливных элементах. Поэтому если изобретатели диковинок не решат все технические проблемы в самое ближайшее время, вырулить с обочины прогресса перед электричками они попросту не успеют.

Roma-Urraco › Блог › Новый роторный двигатель ВАЗ-413 для милицейских догонялок: 140 л.с. с 1,3 литров объема

В 60-70-е годы многие ведущие мировые автопроизводители экспериментировали с роторно-поршневыми ДВС конструкции Феликса Ванкеля. Лицензию на производство таких моторов тогда приобрели NSU, Ford, Citroen, Mercedes-Benz, Mazda, Nissan и еще ряд других крупных компаний.

Не оставался в стороне и Советский Союз: так, в 1974-м году на Волжском автомобильном заводе было создано специальное конструкторское бюро по роторно-поршневым двигателям (СКБ РПД), которое возглавил Б.С.Поспелов. Задачи стояли амбициозные: создать и внедрить в производство отечественный “роторник”, который бы не уступал лучшим зарубежным образцам.

Первый прототип РПД был создан на ВАЗе в 1976 году, а уж в 1978 году в Тольятти освоили выпуск (небольшой серией) односекционного РПД ВАЗ-311 мощностью 80 л.с при 6000 об/мин. Автомобиль с этим двигателем получил обозначение ВАЗ-21018 (на базе серийной 21011) и хоть и был построен в 1978 году, но широкой публике его впервые показали в 1982 году на выставке НТТМ-82. Максимальная скорость авто составляла 145 км/ч.

Была выпущена серия из пятидесяти таких автомобилей для опробования их в реальных условиях эксплуатации. Вскоре, в течение полугода, завод был вынужден заменить РПД на обычные ДВС на 49 автомобилях из 50, что было связано с колоссальным количеством нареканий на качество как самой конструкции, так и на ее исполнение. Основными неисправностями были выход из строя уплотнителей и подшипниковых узлов, проявилась недостаточная сбалансированность роторно-эксцентрикового механизма (РЭМ), низкая топливная экономичность.

Однако, несмотря на неудачу с ВАЗ-21018, работы по созданию РПД получили дальнейшее развитие – отечественные силовые структуры нуждались в мощном двигателе, при этом требования по ресурсу и расходу топлива были ниже, чем для автомобиля общего назначения. В результате были созданы «Жигули» ВАЗ-21019 (также на базе кузова ВАЗ-21011) с двухсекционным РПД ВАЗ-411 мощностью 120 л.с. при 6000 об/мин. Максимальная скорость этого автомобиля, который именовался «Аркан», составляла 160км/ч. 20 октября 1982 года под руководством министра автомобильной промышленности СССР В.Н.Полякова прошло совещание по вопросу работы конструкторского бюро АвтоВАЗа по роторно-поршневым двигателям, автомобильных перспектив применения РПД ВАЗа и возможности организации их серийного производства. По итогам совещания было принято решение с 1983 года приступить к организации серийного выпуска автомобильных РПД для специальных оперативных машин, определить на 1983 год программу производства РПД на ВАЗе в количестве 200 штук в год.

В июне 1986 года была изготовлена первая опытно-промышленная партия ВАЗ-21059. Этот автомобиль являлся дальнейшим развитием идеи скоростного и мощного автомобиля для милиции и спецслужб, опробованной еще на моделях ВАЗ-21018 и ВАЗ-21019. Данная модификация, так же как и ВАЗ-21019, оснащалась двухсекционным роторно-поршневым двигателем ВАЗ-411 мощностью 120 л.с. при 6000 об/мин. Максимальная скорость этого автомобиля достигала 160 км/ч.

Со второй половины 1991 года мелкими партиями для нужд милиции и спецслужб выпускался автомобиль ВАЗ-21079 на базе “семерки”. На модель устанавливался двухсекционный РПД ВАЗ-4132 рабочим объемом 1,3 литра и мощностью 140 л.с.

Именно такой силовой агрегат удалось обнаружить в одном из гаражных кооперативов Киева. Мне написал подписчик и сообщил, что у него уже давно лежит без дела ВАЗовский “роторник” с индексом ВАЗ-4132.

По легенде, этот двигатель в свое время каким-то чудом заполучил директор одного из деревообрабатывающих комбинатов в Житомирской области. Правда, на машину его так и не поставили: все эти годы РПД так и пролежал среди различного хлама.

ВАЗ-21079 или 21059 с подобным 2-секционным РПД развивают максимальную скорость 180 км/ч, а на разгон от 0 до 100 км/ч уходит всего 9 секунд.

К сожалению, найденный мотор не полностью комплектный по части навесного оборудования, но многие детали унифицированы с обычными ДВС ВАЗ, например — карбюратор, поэтому вернуть его к жизни не будет сверхсложной задачей.

По сравнению с классическим четырехтактным ДВС двигатель Ванкеля обладает рядом существенных преимуществ:
— низкий уровень вибраций ввиду того, что РПД полностью механически уравновешен — нет необходимости преобразовывать возвратно поступательное движение во вращательное, крутящий момент с оси ротора может передаваться напрямую.
— отличные динамические характеристики.
— Высокая удельная мощность РПД (л.с./кг).
— меньшие в 1,5-2 раза по сравнению с обычным ДВС габаритные размеры и вес, что связано с отсутствием поршней и коленчатых валов с шатунами.
— простота ремонта ввиду меньшего на 35—40% по сравнению с обычным ДВС числа деталей — двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал, в то время как самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, пружины клапанов, качалки, ремень ГРМ, распределительные шестерни и коленвал.
Однако при всех перечисленных достоинствах РПД есть и существенные недостатки. К ним можно отнести следующие:
— состояние уплотнителей (площадь пятна контакта поршня и камеры очень невелика — следствием этого противоречия являются утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение КПД и увеличение токсичности выхлопа
— повышенный расход масла и бензина. В среднем, автомобили с РПД потребляют до 20 литров топлива на 100 км, и от 0,4л до 1л масла на 1000 км.
— склонность к перегреву.
— высокие требования к точности исполнения деталей делают его сложным и дорогим в производстве.

Кроме того, эти уплотнения работают в условиях ограниченной смазки и плохого теплоотвода — для их смазывания приходится дополнительно впрыскивать масло прямо во впускной коллектор. Нетрудно догадаться, что экологических показателей мотора это тоже не улучшает.

ВАЗовские РПД также не отличались особой надежностью и долговечностью и хотя сам завод обещал для мотора ВАЗ-413 ресурс на уровне 100-125 тысяч км, в реальной жизни они редко когда наезжали 30-40 тысяч без капитального ремонта.

Роторную тему окончательно свернули в Тольятти в начале 2000-х и только японская Mazda до последнего держалась за РПД и пыталась развивать данную конструкцию. Их последняя роторная модель RX-8 оставалась на конвейере до июня 2012 года.

Более подробную информация о найденном моторе ВАЗ-413 можно узнать из моего нового видео:


Автоблоги

Популярные статьи

Разбираем двигатель Mazda RX-8: сколько стоит роторное удовольствие?

После повышения таможенных пошлин в 2011 году любителям мощных заднеприводных автомобилей все труднее: старый автопарк изнашивается, а привезти в РБ что-то с большим мотором неприлично дорого. Тем не менее белорусам все еще доступна подержанная Mazda RX-8 с роторно-поршневым двигателем объемом всего 1,3 л и мощностью от 192 до 231 л.с. Стоит ли связываться с этим мотором, пытался выяснить Юрий Гладчук вместе со специалистами СТО.

У нас в ногах лежит компактный роторный мотор Mazda RX-8. Менее чем через час он будет полностью разобран, в процессе специалисты расскажут обо всех нюансах его эксплуатации и ремонта.

История техники

Немецкий изобретатель Феликс Ванкель в 20-х гг. XX века стремился упростить конструкцию двигателя, избавив его от большого количества деталей. Ему это удалось – в РПД отсутствуют кривошипно-шатунный механизм, поршни, клапаны и сложная система их привода. Роль цилиндра выполняет статор, имеющий форму эпитрохоиды (похоже на раздувшуюся в середине цифру 8). В роли поршня выступает трехгранный ротор. Вершинами он скользит по поверхности статора, образуя три замкнутые полости. В каждой из трех полостей за один оборот происходит 4 такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск – все как обычно. Ротор движется по сложной траектории, которую обеспечивают две шестерни. Одна из них, внутренняя, неподвижно закреплена на роторе и “обкатывает” неподвижную шестерню, закрепленную на боковой стенке статора. Сам ротор вращается на валу с эксцентриком. С этого вала и снимается крутящий момент двигателя. Впрочем, чтобы понять, как это работает, достаточно изучить данное видео.
В идеале все выглядит здорово: минимум деталей, максимум простоты и отдачи. По габаритам роторный мотор существенно меньше поршневых двигателей и занимает не так много места. При этом РПД способен выдерживать высокие обороты, вибронагруженность меньше. Из-за меньшего числа деталей двигатель имеет малую инертность, а значит в ответ на газ раскручивается моментально!

Но, как это часто бывает, недостатки роторного двигателя проистекают из его же достоинств. Неидеальная форма камеры сгорания – причина неэкономичности и высокого содержания вредных веществ в выхлопных газах. Расход топлива выше, чем у классических моторов. Кроме того, большая площадь камеры сгорания приводит к большей теплонагруженности мотора. Главным врагом любого роторного двигателя является износ апексов – уплотнителей между камерами сгорания. Этой очень маленькой пластине приходится принимать на себя огромные перепады температур и давления при небольшом пятне контакта с поверхностью камеры сгорания. Чтобы обеспечить нормальную смазку уплотнений, во впускной коллектор приходится дополнительно впрыскивать масло. А это повышенный расход масла и ухудшение экологических параметров. И прочее, прочее, прочее – о недостатках этого мотора можно говорить часами. Конструкция на первый взгляд вроде бы и проста, но нюансов здесь не счесть.

Многие автопроизводители в свое время отказались от разработок РПД, хотя патент на производство двигателя купили: Daimler-Benz, General Motors, Alfa Romeo, Nissan, Toyota. Серьезно роторами некоторое время занимался ВАЗ. А еще был такой автомобиль как NSU Ro 80, с 1967 года выпускавшийся несколько лет с роторным двигателем объемом 995 куб.см мощностью 113 л.с. Но в итоге только Mazda продолжила работы над совершенствованием конструкции Ванкеля, добившись весьма неплохих результатов. И сегодня мы на станции, специализирующуюся на ремонте двигателей Mazda RX-7 и RX-8.

Разборка

Перед нами мотор 13В. Его мощность – 192 л.с, пробег – около 180.000 км. Капитальный ремонт производился на 120.000 км. Владелец автомобиля приехал с жалобами на плохой запуск горячего двигателя и высокое потребление масла на угар. Самое время поговорить о ресурсе и стоимости ремонта.

– В США, Японии и странах Европы эти моторы проезжают без вмешательства около 200 тысяч километров, – рассказывает мастер специализированной СТО Вячеслав. – Но у нас ресурс мотора в среднем составляет 100 тысяч. Бывает и меньше, так как частенько они не получают должного обслуживания и качественного топлива. Первым признаком приближающегося капитального ремонта является повышенный расход масла, плохой запуск “на горячую” и низкий уровень компрессии. Перед покупкой такого автомобиля обязательно нужно пользоваться специальным компрессометром – компрессия не должна быть ниже 6,5 атмосфер. Стоимость работы по переборке двигателя – около 1000 долларов, ремкомплект – около 1500. Это при условии, что ни одна из секций, никакие крупные детали не пострадали. Если внутри большой износ, задиры или повреждения, то рекомендуется замена секции, стоимость которой составляет около 700 долларов. Если за мотором ухаживать, все делать своевременно, двигатель может проехать и 150 тысяч. Все очень прогнозируемо: достаточно через одну замену масла замерять компрессию – она должна составлять 6,5-8 атмосфер. Падает она постепенно, но ниже 6-6,5 атмосфер лучше не доводить, иначе одним ремкомплектом не обойдешься.

Бывают ситуации, когда стоимость ремонта может быть нецелесообразной. По словам Вячеслава, в таком случае из Америки можно заказать двигатель, который проходил капитальный ремонт в заводских условиях, при этом все основные детали в нем заменены на новые. От нового двигателя такой можно и не отличить. Его стоимость – около $4500. Из Японии можно заказать новый по цене около $6000-6500. Можно рассматривать и вариант б/у.

– Ресурс сильно зависит от того, как часто меняются “расходники” и какого они качества. Своим клиентам мы рекомендуем менять масло раз в 5 тысяч километров. Для разных рынков установлены разные интервалы: в Европе, например, они составляют 20 тысяч. Воздушный фильтр обязательно следует менять раз в 20 тысяч километров. В бак заливать только 95-й бензин, но лучше всего подходит 98-й, хотя это, конечно, дорого. Ведь топливо RX-8 потребляет нещадно: в городе 15 литров, а то и больше. Хотя я считаю, что расход вполне адекватен мощности двигателя.

Приступаем к разборке. Мастер обращает внимание на масляные форсунки. В РПД нет прямого контакта секций с поддоном, поэтому здесь масло принудительно подается в секции на такте впуска.

– Если их вовремя не поменять, это может плохо закончиться. Запомните: расход масла у роторного двигателя должен быть. Какой? Канистра оригинального масла вмещает 5 литров, заливаем 3,5 – полутора литров хватает на 5 тысяч километров. Это если все исправно. Если есть нюансы, расход может быть больше. Если расход меньше, это должно вызвать обеспокоенность – значит, проблема с форсунками. По статистике выхаживают они почти 50 тысяч километров.

Читайте также:  Как мыть двигателя автомобиля своими руками – когда и чем лучше? + видео

В Mazda RX-8 установлен масляный радиатор, в зависимости от версии их может быть два или один. Нашему взору открывается масляный термостат. Масло не сразу попадает в радиаторы, а только лишь по достижении определенной температуры.

По словам Вячеслава, как и любой мотор, роторный 13В боится перегрева, но он случается нечасто – общая система охлаждения имеет объем 9,5 л, радиатор охлаждения немаленький.

Откручиваем поддон – взору предстает хитрая система противоотливов. На RX-8 можно смело участвовать в любительских трек-днях.

Масляный насос, по словам Вячеслава, очень производительный, есть два редукционных клапана сброса избыточного давления масла.

Снимаем крышку масляного насоса. Вячеслав говорит, что единственная цепь (привод масляного насоса) в этом моторе практически вечная, проблем с ней никогда не было.

Углубляемся. Двигатель крепится 19 болтами, которые зажимаются в определенной последовательности. У каждого болта есть сальник для предотвращения утечки антифриза. Откручиваем их.

А вот и сам ротор. В данном видеосюжете Вячеслав наглядно рассказывает о принципе работы РПД.

Специалист обращает внимание, что роль компрессионных колец здесь выполняют апексы.

– Проблема маленького ресурса заключаются в том, что уплотнения необходимо обеспечивать по трем плоскостям. А это сложно, поэтому изначально компрессия в РПД более низкая, отсюда много проблем. В старом RX-7 все получше. Турбированный роторный мотор этого автомобиля проходит больше 200 тысяч при условии грамотного обслуживания. У Mazda RX-8 высота апекса составляет 5,3 миллиметра, на 4,5 миллиметра рекомендуется замена, следовательно, на “жизнь” отводят 0,8 миллиметра. У RX-7 высота апекса составляет 8,1 миллиметра, стереться он может на 1,6 миллиметра. Поэтому ресурс занизили искусственно, мне кажется – чтобы попасть в экологические рамки и повысить оборотистость двигателя.

– Комплект из четырех специальных свечей стоит 100 долларов. Обычные использовать нельзя – можно сразу уничтожить двигатель. Менять их нужно раз в 30-40 тысяч километров. Главное не перепутать маркировку – свечи разные.

Спустя менее часа работы в спокойном темпе двигатель был полностью разобран. Проверка состояния деталей в двух секциях показала, что в первой сместился вкладыш ротора. В обеих секциях признаки повышенного расхода масла – выпускные окна наполовину закоксованы. Внутренние стенки секции имеют задиры.

Вячеслав утверждает, что капитальный ремонт двигателя нецелесообразен:

– Общий износ мотора высок, съехал вкладыш ротора, крупные узлы требуют замены. Если восстанавливать, то за такие деньги можно купить два подержанных мотора или один “ребилдинговый”. Здесь нужно менять вал, вкладыши, прокладки, апексы, секции. То есть цена качественного восстановления такого мотора – около 4000 долларов. Но это еще не страшно. Бывает, апекс выпадает и наносит серьезные разрушения другим деталям. К слову, мотор может заводиться и ехать на одной секции. В этом плане, конечно, двигатель терпит страшные издевательства.

Есть ли смысл?

Вячеслав, помимо того что ремонтирует эти машины, сам на них ездит. Что он думает о них? Стоит ли покупать?

– У меня в семье есть и Mazda RX-7, и RX-8. На самом деле в этих автомобилях очень много хорошего. Ездить приятно: мотор эластичный, легко раскручивается до 9000 оборотов в минуту в зависимости от модификации. Управляемость великолепная, дизайн очень интересный. Нужно лишь вовремя менять “расходники”, следить за состоянием форсунок и компрессией. Кроме двигателя, здесь все предельно надежно – с электрикой и ходовой частью нюансов в автомобиле нет. Выбор имеется – в стране появляется все больше Mazda RX-8. Можно смело покупать. Но стоит помнить, что такие машины недешево обслуживать, на последние деньги они не покупаются, хотя как раз купить не так дорого: за 15.000-16.000 долларов можно подобрать хороший экземпляр. Если все работает, роторная Mazda – сплошной позитив.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Роторный двигатель: принцип работы. Плюсы и минусы роторного двигателя

С изобретением двигателя внутреннего сгорания прогресс в развитии автомобилестроения шагнул далеко вперед. Несмотря на то, что общее устройство ДВС оставалось одинаковым, данные агрегаты постоянно усовершенствовались. Наряду с этими моторами появлялись более прогрессивные агрегаты роторного типа. Но почему они так и не получили широкого распространения в автомобильном мире? Ответ на этот вопрос мы рассмотрим в статье.

История возникновения агрегата

Двигатель роторного типа был сконструирован и испытан разработчиками Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первый автомобиль, на который был установлен данный агрегат, – спорткар NSU «Спайдер». Исследования показали, что при мощности мотора в 57 лошадиных сил данная машина имела возможность разогнаться до колоссальных 150 километров в час. Производство автомобилей «Спайдер» в комплектации с 57-сильным роторным двигателем длилось около 3-х лет.

После этого данным типом двигателей стали оснащать автомобиль NSU Ro-80. Впоследствии роторные моторы устанавливались на «Ситроены», «Мерседесы», ВАЗы и «Шевроле».

Одним из самых распространенных автомобилей с роторным двигателем является японский спорткар «Мазда» модели Cosmo Sport. Также японцы стали оснащать данным мотором модель RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» RX) заключался в постоянном вращении ротора с переменой тактов работы. Но об этом немного позже.

В нынешнее время японский автопроизводитель не занимается серийным выпуском машин с роторными двигателями. Последней моделью, на которую ставился такой мотор, стала «Мазда» RX8 модификации Spirit R. Однако в 2012 году производство данной версии автомобиля было прекращено.

Устройство и принцип работы

Какой имеет роторный двигатель принцип функционирования? Данный тип моторов отличается 4-тактным циклом действия, как и на классическом ДВС. Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя немного отличается от такового у обычных поршневых.

В чем главная особенность данного мотора? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4 и не 8 поршней, а всего один. Называется он ротором. Вращается данный элемент в цилиндре специальной формы. Ротор насаживается на вал и соединяется с зубчатым колесом. Последнее имеет шестеренчатое сцепление со стартером. Вращение элемента происходит по эпитрохоидальной кривой. То есть лопасти ротора попеременно перекрывают камеру цилиндра. В последней происходит сгорание топлива. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» Cosmo Sport в том числе) заключается в том, что за один оборот механизм толкает три лепестка жестких кругов. В то время как деталь вращается в корпусе, три отсека внутри меняют свой размер. Благодаря изменению размеров в камерах создается определенное давление.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
  2. Сжатия. Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
  3. Воспламенения. Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
  4. Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

Недостатки и преимущества

Не зря данный мотор привлек внимание столь многих автопроизводителей. Его особый принцип работы и конструкция имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими типами ДВС.

Итак, какие имеет роторный двигатель плюсы и минусы? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию, а потому практически не вызывает высоких вибраций при работе. Во-вторых, данный мотор имеет более легкий вес и большую компактность, а потому его установка особо актуальна для производителей спорткаров. Кроме того, небольшой вес агрегата дал возможность конструкторам добиться идеальной развесовки нагрузок по осям. Таким образом, автомобиль с данным двигателем становился более устойчивым и маневренным на дороге.

Ну и, конечно же, простора конструкции. Несмотря на то же самое количество тактов работы, устройство данного двигателя гораздо проще, чем у поршневого аналога. Для создания роторного мотора требовалось минимальное количество узлов и механизмов.

Однако главный козырь данного двигателя заключается не в массе и низких вибрациях, а в высоком КПД. Благодаря особому принципу работы роторный мотор имел большую мощность и коэффициент полезного действия.

Теперь о недостатках. Их оказалось намного больше, чем преимуществ. Основная причина, по которой производители отказывались покупать такие моторы, заключалась в их высоком расходе топлива. В среднем на сто километров такой агрегат тратил до 20 литров горючего, а это, согласитесь, немалый расход по сегодняшним меркам.

Сложность производства деталей

Кроме того, стоит отметить высокую стоимость производства деталей данного двигателя, которая объяснялась сложностью изготовления ротора. Для того чтобы данный механизм правильно прошел эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (для цилиндра в том числе). Поэтому при изготовлении роторных двигателей невозможно обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и особых знаний в технической области. Соответственно, все эти затраты заранее закладываются в цену автомобиля.

Перегревы и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания.

Ресурс

Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.

Расход масла

Также роторный двигатель очень требователен к обслуживанию.

Разновидности

На данный момент существует пять разновидностей данных типов агрегатов:

  1. Роторные моторы с возвратно-вращательными движениями вала.
  2. С равномерным вращением вала. При этом в его конструкции не используются какие-либо уплотнительные механизмы. Расположение камер сгорания у них спирального типа.

Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

История создание ВАЗовских роторных ДВС датируется 1974 годом. Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД. Однако первый разработанный нашими инженерами двигатель имел схожую конструкцию с мотором Ванкеля, который укомплектовывался на импортные седаны NSU Ro80. Советский аналог получил название ВАЗ-311. Это самый первый советский роторный двигатель. Принцип работы на ВАЗовских автомобилях данного мотора имеет одинаковый алгоритм действия РПД Ванкеля.

Первым автомобилем, на который стали устанавливать данные двигатели, стал ВАЗ модификации 21018. Машина практически ничем не отличалась от своего «предка» – модели 2101 – за исключением используемого ДВС. Под капотом новинки стоял односекционный РПД мощностью в 70 лошадиных сил. Однако в результате исследований на всех 50 образцах моделей были обнаружены многочисленные поломки мотора, которые заставили Волжский завод отказаться от применения данного типа ДВС на своих автомобилях на ближайшие несколько лет.

Основная причина неисправностей отечественного РПД заключалась в ненадежных уплотнениях. Однако советские конструкторы решили спасти данный проект, презентовав миру новый 2-секционный роторный двигатель ВАЗ-411. Впоследствии был разработан ДВС марки ВАЗ-413. Основные их различия заключались в мощности. Первый экземпляр развивал до 120 лошадиных сил, второй – порядка 140. Однако в серию данные агрегаты снова не вошли. Завод принял решение ставить их только на служебные автомобили, использовавшиеся в ГАИ и КГБ.

Моторы для авиации, «восьмерок» и «девяток»

В последующие годы разработчики пытались создать роторный мотор для отечественной малой авиации, однако все попытки оказались безрезультатными. В итоге конструкторы снова занялись разработкой двигателей для легковых (теперь уже переднеприводных) автомобилей ВАЗ серии 8 и 9. В отличие от своих предшественников новоразработанные моторы ВАЗ-414 и 415 являлись универсальными и могли использоваться на заднеприводных моделях авто типа «Волга», «Москвич» и так далее.

Характеристики РПД ВАЗ-414

Впервые данный двигатель появился на «девятках» лишь в 1992 году. По сравнению со своими «предками» данный мотор имел следующие преимущества:

  • Высокую удельную мощность, которая давала возможность машине набрать «сотню» всего за 8-9 секунд.
  • Большой коэффициент полезного действия. С одного литра сгоревшего топлива удавалось получить до 110 лошадиных сил мощности (и это без какой-либо форсировки и дополнительной расточки блока цилиндров).
  • Высокий потенциал для форсирования. При правильной настройке можно было увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
  • Высокооборотистость мотора. Такой двигатель способен был работать даже при 10 000 об./мин. При таких нагрузках мог функционировать только роторный двигатель. Принцип работы классических ДВС не позволяет их эксплуатировать долго на высоких оборотах.
  • Относительно малый расход топлива. Если прежние экземпляры «съедали» на «сотню» порядка 18-20 литров топлива, то данный агрегат потреблял всего 14-15 в среднем режиме эксплуатации.

Сегодняшняя ситуация с РПД на Волжском автозаводе

Все вышеописанные двигатели не получили большой популярности, и вскоре их производство было свернуто. В дальнейшем Волжский автозавод пока не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканным клочком бумаги в истории отечественного машиностроения.

Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы и устройство.

Добавить комментарий