Созданием роторного двигателя мы обязаны некоему Dr. Феликс Ванкель . В 1924 году, в возрасте 22 лет, он создал свою исследовательскую лабораторию, посвященную конструкции роторного двигателя. Заинтересовавшись его работой, министерство авиации Германии субсидирует его исследования во время Второй мировой войны, полагая, что за ними будет будущее инженерии. После войны производитель мотоциклов NSU сотрудничает с Ванкелем.
В 1958 году родился первый функциональный и практичный роторный двигатель ККМ. Общий рабочий объем KKM с одним ротором составляет 400 см³. NSU официально объявляет в 1959 году об успехе роторного двигателя Ванкеля. В настоящее время более ста компаний по всему миру владеют техническими планами этого двигателя. Тридцать четыре из них — японские.
Несколько производителей пытались развить эту концепцию, не придумав готового продукта. Как ни странно, только небольшая японская компания Toyo Kogyo продолжает исследования, в то время как другие сдаются. Дзюдзиро Мацуда, тогдашний президент компании, убежден в потенциале этого революционного двигателя. В 1961 году он подписал контракт с NSU на совместную разработку жизнеспособного прототипа. После успеха своего самого успешного подразделения Toyo Kogyo переименовывается в имя известного производителя, который сегодня всем известен как Mazda. .
В 1963 году Mazda открывает свое исследовательское подразделение, занимающееся исключительно роторными двигателями. Кеничи Ямамото, который в то время возглавлял это подразделение, имеет в своем распоряжении более 47 инженеров. Его миссия? Найдите практическое применение роторного двигателя для массового производства и коммерческой продажи. Две основные проблемы задерживают его выпуск на рынок:преждевременный износ внутренних компонентов и чрезвычайно высокий расход масла. После многих месяцев исследований и более 300 часов испытаний новые уплотнения и масла, разработанные специально для роторных двигателей, решают эти две основные проблемы.
В отличие от оригинальной концепции, Mazda предпочитает проектировать мультироторный двигатель. Прототип с одним ротором, построенный NSU, на низких скоростях имел довольно анемичный крутящий момент и страдал от нестабильности, которая приводила к неприятным вибрациям. В декабре 1964 года исследовательское подразделение выпустило двухроторный двигатель с камерой сгорания 491 куб. быстро попал на производственные линии под кодовым названием 10A.
10A — первый автомобильный роторный двигатель. Его первое появление датируется 30 мая 1967 года, когда Mazda продала Cosmo Sport, единственный в мире гоночный автомобиль с одним ротором. Оснащенный двойным четырехцилиндровым карбюратором, установленным сбоку на впускных отверстиях, и свечами зажигания для каждого ротора, 10A развивает выходную мощность 110 л.с. Учитывая легкость автомобиля и технологии, доступные в то время, автомобильная пресса считает Cosmo Sport технологическим достижением.
Только в 1970 году Mazda начала экспортировать свои автомобили в Северную Америку. К сожалению, в настоящее время Соединенные Штаты находятся в процессе принятия самых строгих стандартов выбросов. Более того, они находятся в разгаре нефтяного кризиса. Чтобы решить эту проблему, Mazda создает тепловой реактор, который сжигает загрязняющие выбросы. Производитель наконец-то может выпустить на рынок первый в Северной Америке автомобиль с роторным двигателем — R100. .
Другие инновации, такие как высокоинтенсивные системы зажигания и реактивные выпускные коллекторы, позволяют Mazda снизить расход топлива до 40%, обеспечивая жизнеспособность североамериканского роторного двигателя.
В результате своего успеха в сокращении выбросов загрязняющих веществ и расхода топлива, Mazda продвигает свои исследования, чтобы максимизировать производительность своих роторных двигателей. Одним из первых усовершенствований стала конструкция шестиканального впуска для роторного двигателя 12А (две камеры по 573 куб.см). Каждый ротор оснащен тремя впускными отверстиями, открытие которых регулируется в два этапа. Этот механизм повышает эффективность использования топлива без ущерба для высоких характеристик. Одним из первых автомобилей и, безусловно, одним из самых известных, использующих этот двигатель, является самая первая версия RX-7, FB3S, появившаяся на свет в марте 1982 года. -7.
Турбонаддув и роторные двигатели всегда работали хорошо. В основном это связано с тем, что роторные двигатели имеют тенденцию высвобождать большую энергию из выхлопного отверстия по сравнению с традиционными двигателями. Эта черта характера может быть связана с внезапным открытием выпускных отверстий, которые непрямо связаны с движением выброса ротора. И, конечно же, большее количество энергии, выходящей из выхлопных газов, позволяет лучше использовать турбокомпрессор.
Второе поколение RX-7, FC3S, вероятно, более известно любителям роторных двигателей. В то время было доступно четыре версии, а именно SE, GTU, GLX и Turbo II. Первые три оснащены атмосферной версией и имеют электронный впрыск двигателя 13В (двухкамерный по 672 куб.см). Представленный в 1985 году как модель 1986 г.в., FC3S является первым RX-7 с дисковыми тормозами на всех четырех колесах. Базовая модель SE оснащена 14-дюймовыми колесами и двухпоршневыми передними суппортами. GTU, считающийся спортивной версией группы, имеет алюминиевый капот, а также четырехпоршневые суппорты и трансмиссию версии Turbo II. GLX оснащен электрической группой и 15-дюймовыми колесами. Наконец, версия Turbo II — самая мощная с механикой 13B-T. Mazda утверждала, что турбированная версия 13B развивала 180 л.с. при запуске двигателя.
В 1988 году FC3S получил право на некоторую эстетическую ретушь и получил хороший пинок под зад с точки зрения производительности. Кавалерийская мощность 13B увеличена со 145 до 160 л.с., а у 13B-T — около 200 л.с. Визуальные различия незначительны; два поколения отличаются новыми задними фонарями модели 1988 года, круглыми с обоих концов, а не прямоугольными, как в предыдущие годы.
Последняя версия RX-7 имеет кодовое название FD3S. Этот крупный спортивный автомобиль был представлен в 1992 году как модель 1993 года. Хотя сам автомобиль до сих пор считается самой красивой интерпретацией роторного двигателя, это благодаря чудесам, скрывающимся под капотом. Двигатель под названием 13B-REW (REW для Rotary Engine Twin Turbo) использует два турбокомпрессора в последовательном режиме, развивая довольно приличные 255 л.с. с красной зоной, начинающейся с 8000 об/мин!
Последовательный режим довольно прост в теории. На низких оборотах используется только одна турбина. Очевидно, что работать с одной турбиной проще, чем с двумя. Это улучшает реакцию двигателя на низких оборотах. Воздух, нагнетаемый первым турбонагнетателем, позволяет двигателю производить достаточную мощность для привода второго турбонагнетателя, не нарушая диапазон мощности на низкой скорости и получая при этом дополнительные пони на высокой скорости.
В Северной Америке предлагались четыре версии, а именно базовая модель, Touring, PEP и R1/R2. Роскошная версия Touring оснащена такими опциями, как кожаные сиденья, аудиосистема Bose, люк с электроприводом и круиз-контроль. Touring также является единственной версией, поставляемой в качестве опции с автоматической коробкой передач. PEP или «Пакет популярного оборудования», как следует из названия, является самым популярным из всех и поставляется в стандартной комплектации с люком на крыше, кожаными сиденьями и круиз-контролем. R1, наиболее интересная версия для любителей мощных автомобилей, получает спортивную подвеску, двойной масляный радиатор, переднюю распорку, сиденья с замшевой обивкой и задний спойлер. В 1994 году на смену R1 пришла модель R2. К сожалению, Mazda также убирает FD3S с рынка США.
Если вы внимательно посмотрите на вращающийся двигатель, то заметите, что он состоит из нескольких пластин, собранных в виде бутерброда. В традиционном роторном двигателе, то есть двухроторном (в нашем случае 13В), мы замечаем наличие шести таких пластин. Сделав исключение для передней обложки, мы пока сосредоточимся на остальных пяти.
Две большие пластины называются корпусами ротора. Как следует из их названия, они содержат оба ротора. Внутренняя часть корпуса представляет собой рабочую поверхность или, если хотите, камеру сгорания. Эта поверхность имеет атрохоидальную форму. Другими словами, представьте круг, концы которого были бы вытянуты по вертикальной оси, чтобы придать ему вытянутую форму. Добавьте два небольших выступа внутрь на каждом конце горизонтальной оси, и вы получите трохоидальную форму.
Если вы посмотрите на корпус, вы заметите, что есть два конверта, один внутри и один снаружи. Между ними есть десятки проходов разной формы. Самые маленькие кружки на контуре – это отверстия для стяжных болтов. Это то, что соединяет пластины. Кружки большего размера представляют внутренние каналы для масла. Другие отверстия различной формы — это каналы для охлаждающей жидкости.
На внутренней поверхности корпуса можно увидеть два крошечных отверстия. Это расположение свечей зажигания. Верхняя называется задней свечой зажигания, а нижняя — ведущей. Подробнее об этом позже. А пока давайте посмотрим на большое отверстие сбоку корпуса. Это выпускное отверстие ротора, используемое для удаления остатков процесса сгорания. Последним важным элементом является канал в верхней левой части корпуса, используемый для подачи необходимого масла к верхним соединениям через небольшое отверстие на внутренней поверхности. В отличие от обычных четырехтактных двигателей, где используются поршневые кольца, нельзя смазывать соединения с поверхностью, не подвергающейся воздействию горения. Действительно, верхушечные уплотнения действуют как уплотнительные кольца и всегда открыты. Вместо этого масло впрыскивается непосредственно для смазки компонентов, что объясняет чрезмерное потребление масла роторными двигателями.
Остальные три пластины называются боковым корпусом и промежуточным боковым корпусом. В дополнение к своей уплотнительной роли внутри корпуса ротора они также содержат впускные каналы двигателя. Впускные каналы на промежуточной пластине, то есть те, которые находятся в центре двух корпусов ротора, называются первичными портами. Над этими портами находятся два отверстия в промежуточной пластине для форсунок. Здесь следует отметить, что впускное отверстие расположено сбоку от ротора, а не напротив него, как выпускные отверстия. Боковые пластины также содержат так называемые вторичные порты. После 1984 года роторные двигатели 13B без турбонаддува имеют на боковых пластинах еще одну пару отверстий, всего шесть портов. Эти два дополнительных порта называются «вспомогательными». Они открываются высокоскоростными активаторами для максимальной производительности и закрываются на низких скоростях для увеличения крутящего момента.
Если вы посмотрите на иллюстрации, то заметите, что по поверхности этих пластин циркулирует масло. Действительно, при вращении ротора создается трение о боковую поверхность, которую необходимо смазывать во избежание преждевременного износа внутренних компонентов. Следует также отметить, что эти масляные каналы ограничивают размер впускных отверстий. При настройке роторного двигателя цель состоит в том, чтобы найти оригинальный способ увеличить размер этих портов, чтобы более эффективно подавать воздух и топливо в двигатель, соблюдая ограничения двигателя.
Наиболее важными частями являются, безусловно, роторы и эксцентриковый карданный вал. Если посмотреть в центр роторов, то можно увидеть зубчатую поверхность и гладкую. Эта последняя часть представляет собой подшипник ротора. Эта зубчатая часть сопрягается с другой зубчатой частью, называемой стационарной шестерней. Они прикреплены к боковым пластинам. Эксцентриковый приводной вал проходит через все элементы, от пластин до роторов и через стационарные шестерни.
Роторы вращаются не только вокруг неподвижной оси. Их движение представляет собой сумму двух совершенно различных движений. Первый — это простое вращение. Роторы достигают этого благодаря своим подшипникам (гладкая поверхность), которые постоянно находятся в контакте с двумя кулачками эксцентрикового вала. Эти кулачки, смещенные относительно оси вращения вала, препятствуют вращению роторов на одном уровне. Лепестки заставляют роторы вращаться вокруг оси вращения эксцентрикового вала. Таким образом, конечное движение представляет собой комбинацию вращения и обращения роторов по орбите.
Чтобы лучше понять фундаментальный принцип работы роторных двигателей, мы будем использовать некоторые термины, используемые с традиционными четырехтактными двигателями. ВМТ (верхняя мертвая точка) — это точка, в которой поршень достигает своей максимальной высоты, что сводит к минимуму доступное пространство внутри камеры сгорания. НМТ (нижняя мертвая точка) — это точка, в которой поршень находится в самой нижней точке, что обеспечивает максимальное пространство. . Мы будем использовать термины ВМТ и НМТ в соответствии с максимальным или минимальным пространством, которое обеспечивает ротор.
Если начать с ВМТ, взяв левый верхний конец ротора и повернув его по часовой стрелке, то начнется цикл впуска. Это заканчивается, когда тот же конец достигает НМТ. Здесь следует отметить, что ротор вращается по часовой стрелке на одной трети скорости эксцентрикового вала. Между ВМТ и НМТ эксцентриковый вал повернется на 270°. Это на 90 градусов больше, чем 180 градусов, необходимых четырехтактному двигателю для той же операции.
Опять же, от НМТ до ВМТ необходимо 270° для завершения цикла сжатия. Обратите внимание, как воздушно-топливная смесь прижимается к стенке. Именно в этот момент загорается свеча зажигания, чтобы создать сгорание. Еще 270 °, и вы достигнете НМТ, завершающего цикл сгорания. Затем ротор выбрасывает выхлопные газы через выпускное отверстие корпуса ротора, преодолевая последние 270°, чтобы вернуться в исходную точку.
Каждая из граней ротора разнесена на 120° и одновременно выполняет другой цикл, чем другие. Таким образом, на протяжении 360° три стороны ротора способствуют ОДНОМУ циклу мощности за ОДИН оборот эксцентрикового вала. На традиционном четырехтактном двигателе требуется два оборота на 360°. В результате роторный двигатель имеет возможности четырехтактного двигателя в два раза больше своего рабочего объема. Двигатель 13B объемом 1,3 л эквивалентен двигателю объемом 2,6 л. В этом заключается сила роторных двигателей. Будучи чрезвычайно компактными, они обладают потенциалом гораздо большего двигателя.
Как упоминалось ранее, на одну пластину приходится две свечи зажигания. Нижняя — ведущая, а верхняя — замыкающая свеча зажигания. Если принять во внимание, что передний корпус ротора имеет номер 1, а задний - номер 2, название каждой свечи зажигания будет L1, L2, T1 и T2. Когда камера сгорания (выпуклая часть на поверхности ротора) приближается к ВМТ в такте сжатия, ведущие свечи зажигания воспламеняют смесь в первую очередь. Замыкающие свечи зажигания активируются приблизительно на 10–15° позже. Важно указать, что свечи зажигания включаются в третий раз за цикл. Это явление получило название «пустая искра». Для упрощения системы зажигания в свечах зажигания используется одна и та же катушка, а значит, один и тот же сигнал. Затем одновременно включаются свечи зажигания L1 и L2. В современных роторных двигателях используется датчик положения эксцентрикового вала, а также три катушки, по одной для обеих ведущих заглушек и по одной для каждой задней заглушки.
Предполагается, что двигатель Renesis RX-8 представляет собой серьезное усовершенствование по сравнению с его старшим братом 13B-REW. Кроме того, Renesis компактнее и на 30% легче. Концепция шести впускных портов вызывает дежа-вю, но расположение выпускных портов — настоящая инновация. По сравнению с предыдущими двигателями у Renesis нет выпускных отверстий на периферии корпуса ротора. Он также использует два порта, один непосредственно на промежуточной пластине, а другой на боковой пластине. Инженеры говорят, что перекрытие клапанов было уменьшено, что повысило эффективность использования топлива на холостом ходу на 40% по сравнению с 13B-REW. Короче говоря, Renesis производит меньше выбросов, потребляет меньше топлива и значительно улучшает сгорание.
В мире роторных двигателей есть некоторые скрытые сокровища, о которых мало кто знает. Одним из таких примеров является 20B-REW, битурбированный трехроторный двигатель, предлагаемый в Eunos Cosmo, японском автомобиле, который продавался с января 1990 г. по март 1996 г. При рабочем объеме 1962 см³ 20B-REW имеет практически те же возможности, что и маленький V8. При давлении 10,29 фунтов на квадратный дюйм, поступающем от турбин, мощность достигает 280 л.с., что, вероятно, ограничено ограничениями, налагаемыми японскими законами. Для представления, этот же двигатель в атмосферном режиме развивает 250 л.с., при соответствующем изготовлении 320 л.с. Трудно поверить, что давление в 10 фунтов на квадратный дюйм дает только 50 л.с. больше. По правде говоря, с помощью простого регулятора давления можно легко достичь отметки в 400 л.с. Немного больше заботы и преданности, и 700 л.с. можно было бы достичь вообще.
Если такая мощность достижима с трехроторным двигателем, только представьте, что было бы возможно с четырьмя! Этот тип двигателя, к сожалению, недоступен, кроме как для гонок. Среди самых известных — модель 26B, которой оснащалась Mazda 787B, первая японская гоночная машина, выигравшая 24 часа Ле-Мана. Для тех, кому интересно, этот двигатель развивает не менее 700 л.с. при 9000 об/мин и 448 фунт-фут крутящего момента при 6500 об/мин, и все это в атмосферном режиме. Двигатель имеет несколько общих деталей с 13В, некоторые говорят, что можно создать собственный четырехроторный двигатель, используя два 13В.
Если такая идея действительно кажется интересной, нетрудно представить, какой большой бюджет потребуется для создания установки!
Восстановление двигателя 101
Автосервисные датчики 101
Что такое двигатель с искровым зажиганием?
Что стало причиной отказа роторного двигателя?
Проблемы с надежностью роторного двигателя и способы их решения почти все