+79139857900

Роторно-поршневой двигатель. вызов поршням!

23 августа 2013 в 12:14

Роторный двигатель Ванкеля

 

В 1957 году на свет появилась альтернатива ДВС – роторно-поршневой двигатель (РПД), изобретенный инженерами компании NSU Феликсом Ванкелем иВальтером 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 роторно-поршневым 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 роторно-поршневой двигатель достаточно компактен и легок, что положительно влияет на его динамические характеристики. Однако роторно-поршневой двигатель имеет и свои недостатки – высокое потребление бензина и масла, а также быстрый износ уплотнителей между камерами сгорания, приводящий к резкому снижению КПД двигателя. Однако, несмотря на недостатки, новый роторно-поршневой 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 роторно-поршневыми двигателями выяснилось, что двигатель Ванкеля слишком прожорлив и недостаточно надежен. Первые моторы выходили из строя уже после 50 тысяч километров. Роторно-поршневой двигатель 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.

Специальное конструкторское бюро «Автоваза» с 1974 занимается разработкой и производством роторно-поршневых двигателей. Современные двигателиВАЗ 415 и ВАЗ 425, производимые 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 роторно-поршневые 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 отказалось от производства роторно-поршневых двигателей для автомобилей, решив отдать предпочтение выпуску силовых агрегатов для малой авиации.

Серийным же производством автомобилей с роторно-поршневым двигателем на сегодняшний день занимается только компания Mazda Motors. Инженерам изMazda удалось создать двигатель «Renesis», решивший основные проблемы роторного двигателя – неэкономичность, высокую токсичность выхлопа и малый ресурс. При этом с объема 1.3 л двигатель выдает 232 лошадиные силы. Однако 1 литр минерального масла на 1000 км Renesis все-таки потребляет, и ресурс двигателя не превышает 100 000 километров.

 

 

Двигатель Найта

Механизм газораспределения – один из самых сложных и шумных в традиционном двигателе. Поэтому многие изобретатели пытались полностью избавиться от него или хотя бы существенно модернизировать.

Пожалуй, самой успешной альтернативной конструкцией стал мотор, созданный американским инженером Чарльзом Найтом в начале ХХ века. Привычных клапанов и их громоздкого привода в этом двигателе не было – их заменили специальные золотники в виде двух гильз, размещенных между цилиндром и поршнем. С помощью оригинального привода золотники перемещались вверх-вниз и в необходимый момент открывали окна в стенке цилиндра, через которые внутрь поступала свежая горючая смесь, и удалялись в атмосферу выхлопные газы.

Такой мотор был сложен в изготовлении и достаточно дорог, зато он отличался очень тихой, практически бесшумной по меркам того времени работой. Поэтому многие компании, выпускавшие представительские автомобили, стали устанавливать двигатели Найта на свои модели. Покупатели готовы были переплачивать ради высокого комфорта. В начале прошлого века подобные моторы использовали такие известные фирмы как “Daimler”“Mercedes-Benz”“Panhard Levassor”...

Однако первоначальный восторг от бесшумной работы двигателей Найта вскоре сменился разочарованием. Конструкция оказалась ненадежной, к тому же отличалась повышенным потреблением бензина и масла из-за высокого трения между золотниками и стенками цилиндра, которое в разы возрастало при увеличении оборотов коленвала. Поэтому позади автомобилей с такими моторами всегда вился характерный сизый дымок.

Эпоха двигателей Найта закончилась в 30-е годы, когда на рынке появились моторы с усовершенствованным клапанным механизмом газораспределения, который почти избавился от чрезмерной шумности. Тем не менее, в наши дни то и дело появляются сообщения о различных опытных вариантах бесклапанных двигателей, так что не исключено, что в будущем мы еще увидим такие моторы на серийных машинах.

 

 

ДВС с циклом Аткинсона

Обычный 4х-тактный двигатель внутреннего сгорания работает по циклу, изобретенному еще в 1876 году немецким инженером Николаусом Отто: в цилиндре при определенных условиях попеременно происходят определенные процессы – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. В 1886 году эту схему попытался усовершенствовать британский инженер Джеймс Аткинсон.

На первый взгляд его двигатель мало отличался от прародителя – тот же порядок тактов, схожий принцип работы… Однако на самом деле различий было немало. К примеру, за счет специального коленвала со смещенными точками крепления Аткинсону удалось снизить потери на трение в цилиндре и поднять степень сжатия мотора.

Также в подобных двигателях другие фазы газораспределения. Если на обычном ДВС впускной клапан закрывается практически сразу по прохождении поршнем нижней мертвой точки, то в цикле Аткинсона такт впуска значительно длиннее – клапан закрывается лишь на полпути поршня к верхней мертвой точке, когда в цикле Отто уже вовсю идет такт сжатия.

Что это дало? Самое главное – лучшее наполнение цилиндров благодаря снижению так называемых насосных потерь. Не вдаваясь в технические подробности, лишь скажем, что в результате двигатель Аткинсона примерно на 10% эффективнее (и экономичнее) обычного ДВС.

Однако на серийных автомобилях моторы, действующие по схеме Аткинсона, до последнего времени не встречались. Дело в том, что такой двигатель может правильно работать и выдавать хорошие показатели лишь на высоких оборотах. А на холостых он, наоборот, норовит заглохнуть. Чтобы решить проблему наполнения цилиндров на малых оборотах, на подобные моторы приходится устанавливать механические нагнетатели (такую схему иногда не совсем верно еще называют “цикл Миллера”), что еще больше усложняет и удорожает конструкцию. К тому же потери на привод компрессора практически сводят на нет преимущества необычного мотора.

Поэтому серийные массовые автомобили с двигателями Аткинсона можно пересчитать по пальцам одной руки. Характерный пример – Mazda Xedos 9/Eunos 800, которая выпускалась с 1993 по 2002 год и оснащалась 210-сильным 2,3-литровым V6.

Зато в чистом виде моторы Аткинсона оказались очень подходящими для гибридных моделей вроде знаменитого Toyota Prius или новейшего Mercedes-Benz S-класса, который вскоре пойдет в серийное производство. Ведь на малых скоростях такие машины передвигаются в основном на электротяге, а бензиновый двигатель подключается только при разгоне или при больших нагрузках. Эта схема, с одной стороны, позволяет нивелировать врожденные недостатки мотора Аткинсона, а другой – максимально использовать его положительные качества.

Комментарии для сайта Cackle

Комментарии (0)

Нет комментариев
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии.
Авторизируйтесь или пройдите простой процесс регистрации.

Другие статьи

Photo

Двигатели BMW. Баварская рядная классика

Двигатели BMW - инженерные шедевры, отличающиеся высокой надежностью и...

3 сен 2013 в 12:23

Подробнее >
Photo

Двигатели Honda - без права на турбо

Компания Honda за все время своего существования...

13 авг 2013 в 12:40

Подробнее >
Photo

Дизельный двигатель: «тяжелые» аргументы «ЗА»

Ппроцент автомобилей с дизельными двигателями на российском рынке за...

27 июн 2013 в 11:40

Подробнее >