Пятитактный роторный двигатель

Пятитактный роторный двигатель

Пятитактный роторный двигатель — роторный двигатель с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов.

История [ править | править код ]

Впервые такая схема расширительной машины в виде насоса была описана британским изобретателем Д. Эвом в 1820-х годах и опубликована в английской книге Т. Юбанка в 1850 году «Гидравлические и другие машины».

Первую известную и реально действующую машину на этом принципе создал русский инженер-механик из Санкт-Петербурга Н. Н. Тверской в 1880-х годах. Его паровая «коловратная машина» (паровой роторный двигатель) ставился на паровые катера, вращал динамо-машины и даже, работая со сжатым аммиаком, приводил в движение «подводную миноноску» (подводную лодку) конструкции Н. Н. Тверского, на которой сам инженер опускался в воды Финского залива. Паровая машина Н. Н. Тверского стояла даже на императорской паровой яхте «Штандарт». Однако потом эти двигатели по непонятной причине были забыты и не получили в России, да и в мире, дальнейшего развития.

В XX веке с появлением двигателя внутреннего сгорания производились попытки приспособить такую схему роторного двигателя к осуществлению циклов двигателя внутреннего сгорания. Например, в специальной технической литературе европейских стран и США середины XX века описаны схемы двигателей конструкции Ф. Унзина и С. Беймана, которые пытались развить именно эту схему роторных машин применительно к режиму работы двигателя внутреннего сгорания. Однако эти попытки были явно неудачными и о реализации этих схем в металле ничего неизвестно.

Идея разделить шиберные колеса сжатия и расширения (возможно, на несколько колес последовательного расширения) витает в воздухе давно, но только в последние десятилетия обретает технологическую возможность стать сравнимой по эффективности и энергоплотности с турбиной такого же массогабарита, однако, все же, при худшем тепловом режиме не только рабочих элементов, но и корпусных частей. Также, в отличие от турбин, такая модель объемного ДВС требует либо значительной циркуляции жидкого несгораемого уплотнителя, либо ввода через шиберный вал и стенки корпуса тяжёлых топливных фракций (масел, мазутов и т. п.).

Сомнительным преимуществом такого ДВС перед турбиной может стать его простота в фазе разработки, относительная всеядность по топливам и чуть меньшая, чем у турбин, стоимость при производстве в малом габарите. В любом случае, такой ДВС не может превысить в эффективности дизельный двигатель.

Единственное реальное преимущество подобного ДВС перед дизельным — относительная тишина работы, что, впрочем, спорно для больших мощностей и малых оборотов.

Российским инженером И. Ю. Исаевым в 2009 году предложена схема реализации циклов двигателя внутреннего сгорания в конструктивной компоновке данного типа роторных машин, отличающаяся от предложенного ранее. Главным отличием этого изобретения является вынесение в отдельные конструктивно обособленные камеры технологического цикла «горение рабочей смеси — образование газов горения высокого давления». То есть привычный для всех типов двигателей внутреннего сгорания такт «горение — расширение» разделён на два технологических процесса «горение» и «расширение», реализуемые в разных рабочих камерах двигателя. В двигателе в различных конструктивных объёмных камерах последовательно реализуются следующие технологические такты:

1. всасывание рабочей смеси.
2. сжатие рабочей смеси.
3. поджиг и горение рабочей смеси.
4. расширение рабочих газов.
5. выпуск отработавших газов.

Изобретатели роторного двигателя нового типа заключили контракт с DARPA

Компания LiquidPiston получила для финансирования своего проекта средства от DARPA. Проект представляет собой улучшенный мотор внутреннего сгорания роторного типа под названием X1. Во главе компании, работающей в городе Блумфилд штата Коннектикут, стоят инженеры, отец и сын, Николай и Александр Школьники.

Изобретатели заявляют множество уникальных свойств своего изделия. Например, тепловой КПД их мотора равен 50% (по сравнению с 20-30% обычного бензинового ДВС). Правда, если взять дизельный двигатель, добавить в него турбонаддув и промежуточное охлаждение, мы также получим КПД порядка 50%. Но при этом дизельный двигатель будет очень много весить.

Как утверждает Александр Школьник, типичный дизельный генератор на 3 кВт имеет размеры 100х60х60 см и весит более 70 кг. При этом генератор на основе двигателя X1 аналогичной мощности будет весить 15 кг (сам мотор – 4 кг), а размер его будет составлять 30х30 см. Фактически, такой генератор будет умещаться в рюкзаке.

Изобретатели постарались взять лучшее от разных тепловых циклов и уменьшить потери энергии двигателя. Теоретический предел КПД нового двигателя – 75%, но пока инженеры трудятся над достижением реального показателя в 57%.

Работа двигателя X1 напоминает процесс работы известного роторного двигателя Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор закреплён на эксцентрическом валу, и содержит в себе каналы для впуска газовой смеси и выпуска отработавших газов. Расположенные по углам равностороннего треугольника свечи отрабатывают по разу за один оборот вала.

Двигатель работает на прямом впрыске и обеспечивает высокую степень сжатия — 18:1. Не меняющийся во время сгорания объём камеры позволяет сжигать топливо дольше и полнее. Отработавшие газы достигают почти атмосферного давления перед выходом, в связи с чем успевают отдать почти всю свою энергию ротору.

Высокая эффективность также позволяет отказаться от водяного охлаждения двигателя. Работая под нагрузкой, двигатель может пропускать циклы зажигания и засасывать воздух, который будет охлаждать его. Рассматривается даже вариант впрыска в камеру сгорания воды, которая будет охлаждать двигатель, уменьшать выбросы отработавших газов и одновременно превращаться в пар, толкающий ротор.

Слева — двигатель Ванкеля, справа — X1

Компактность и мощность двигателя заинтересовали военных, которым требуются портативные энергетические системы. В случае успешного внедрения двигатель найдёт множество применений — переносной электрогенератор, двигатель для беспилотных аппаратов, и многое другое.

Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.

Ремонт топливной аппаратуры дизельных двигателей

Ремонт топливной аппаратуры дизельных двигателей. Цены.

Указана ориентировочная стоимость! Цена может измениться. Конечная стоимость зависит от марки, модели и возраста Вашего автомобиля, а также от выбранных запасных частей и расходных материалов. Предложение не является публичной офертой.

Другие услуги

Ремонт карбюратора

Ремонт турбин

Замена двигателя

Восстановим работоспособность и отрегулируем рядные топливные насосы (ТНВД). Проведем диагностику и ремонт форсунок, заменим вышедшие из строя плунжерные пары, нагнетательные элементы, датчики и регуляторы давления топливной системы. Устраним проблемы в электронном блоке управления (ЭБУ), избавим от чрезмерного расхода горючего.

Особенности построения топливного тракта у дизелей

В дизельных двигателях топливо подается в цилиндры впрыском, как и в инжекторных, но воспламеняется оно за счет создания в камере сгорания сильного сжатия и высокой температуры. Поэтому весь топливный тракт принято делить на два контура: с низким и высоким давлением. Каждому из них присущи свои неисправности, определить которые без специального тестирования практически невозможно, а разборка или замена того или иного узла не решит появившихся проблем.

Особенно сложны в построении современные дизельные агрегаты с электронной системой управления. Они оснащаются целым комплексом устройств, помогающих не просто доставить топливную смесь к месту воспламенения, но и обеспечить ее правильное распыление, горение, расход. Также требуется минимальный уровень шума и выбросов.

Типовые неисправности и их симптомы

Иногда автолюбителям со стажем удается определить возникшую проблему с топливной аппаратурой своего авто по типовым симптомам, но такие действия требуют практического опыта и подготовки. О том, что с топливным трактом не все в порядке, свидетельствуют следующие факторы:

• падает мощность и глохнет двигатель;
• плохо запускается мотор и чрезмерно расходуется топливо;
• наблюдается неравномерность работы агрегата на холостых оборотах, появление провалов при разгоне;
• выхлоп становится черным.

Хорошее оборудование – гарантия качественного ремонта

Большую роль в качестве проводимой диагностики играет оснащение сервиса. Мы используем для этого испытательные и ремонтные стенды признанных мировых лидеров, современные комплексы и приборы, контролирующие многочисленные технические параметры и характеристики. При разборке все детали проходят обязательную дефектовку, очистку и притирку, вышедшие из строя элементы и уплотнения меняются. Подготовленные мастера и отличный рабочий инструмент позволяют нашей компании проводить работы любой сложности, за разумные цены и с минимальными временными затратами.

В нашем сервисе можно сделать профилактику топливной системы дизельных авто, увеличив ресурс работы всех ее элементов: заменить фильтры, проверить герметичность соединений, слить конденсат, промыть топливный бак, выполнить его депарафинизацию. Также мы готовы диагностировать, выполнить стендовую настройку, а также своевременно устранить обнаруженные неисправности, чтобы избежать более затратного ремонта в дальнейшем.

Роторный двигатель: между прошлым и будущим

Феликс был бы доволен

Сегодня обычный двигатель внутреннего сгорания только немцы, да и то лишь иногда, величают мотором Отто. А Феликсу Ванкелю наряду с Рудольфом Дизелем повезло куда больше: в рассказах о роторно-поршневых моторах обязательно хоть раз упоминается его фамилия.

Правда, злые языки говорили, что Ванкель так и не получил автомобильных прав. Но в историю-то автомобильную он вошел, да и история эта еще не кончилась.

Конструкция роторного двигателя описана множество раз, в том числе в журнале «За рулем» (см., например, ЗР, 2001, № 7). Вкратце: такой мотор — воплощенное торжество геометрии. Блок цилиндров — это статор, который имеет хитрую внутреннюю поверхность, представляющую собой эпитрохоиду. Ротор со специальными уплотнениями движется внутри, выполняя функции поршня и шатуна. В одной камере две свечи — основная и дожигательная. Газообмен происходит через впускные и выпускные окна. Такие секции можно компоновать практически в любых количествах.

Роторный двигатель примерно в полтора раза компактнее и легче аналогичного по характеристикам поршневого. Но есть у него и существенные недостатки. Для смазки уплотнений на роторе масло поступает в топливо. А это означает дополнительный расход масла и сложности с экологией. Для роторного двигателя характерен повышенный расход бензина и относительно низкий ресурс из-за износа тех самых коварных уплотнений. Над решением этих вопросов конструкторы работают много лет, и не без успеха.

Пьедестал почета

Первый патент Ванкель получил еще в 1930‑е годы. Изобретением заинтересовалась фирма BMW, но до дела не дошло. В 1950‑х инженер построил-таки несколько небольших моторов с прицелом на автомобили и легкие самолеты и, что не менее важно, сумел заразить своим энтузиазмом компанию NSU.

Осенью 1963 года на выставке во Франкфурте представили компактный родстер NSU Wankel Spider, снаряженный односекционным «ротором» с приведенным объемом 0,5 л (для роторного двигателя приведенный объем вдвое больше геометрического). Двигатель развивал 50 л.с. при 6000 об/мин (позже — даже 54 л.с.). Для сравнения: мотор 408‑го Москвича выдавал ту же мощность с 1,4 л рабочего объема. Максималка 152 км/ч тоже была очень высокой для родстера такого класса. Но… У немцев еще много лет была в ходу шутка: мол, в объявлениях о продаже подержанных спайдеров пишут: «Продаю NSU Wankel Spider и четырнадцать запасных двигателей». Помимо низкого ресурса мотор славился расходом масла и топлива, шокирующим расчетливых немцев. До 1967 года покупателей нашли всего 2375 спайдеров.

Но энтузиасты из NSU не угомонились и выпустили элегантный и даже авангардный по дизайну седан Ro 80 с двухсекционным двигателем мощностью 115 л.с. Машина развивала скорость 180 км/ч! Седанов с такой максималкой в мире тогда было немного. В 1968‑м в Европе NSU Ro 80 признали даже автомобилем года. Его производили десять лет, постоянно модернизируя, но продали лишь 37 204 экземпляра. Компания NSU потеряла самостоятельность, влилась в Audi, и о роторном двигателе немцы больше не вспоминали.

Тем временем упорные и усидчивые японцы купили лицензию Ванкеля еще в 1961 году. И в 1963‑м на Токийском автосалоне показали прототип купе Mazda Cosmo Sport с двухсекционным двигателем, выдававшим 110 л.с. при 7000 об/мин. Годом позже начали серийное производство. До 1972‑го продали всего-то 1176 автомобилей. Но компания с завидным терпением продолжала совершенствовать роторные автомобили — вплоть до модели RX‑8 2004 года с 280‑сильным двигателем, обес­печивающим разгон до 100 км/ч за 8,4 с. Эту машину продавали и в России, она была у нас на тесте (ЗР, 2005, № 8). Ездить на ней очень интересно, но, чтобы получить от двигателя всё, на что он способен, приходилось держать обороты не ниже 4000. Компания Mazda вошла в историю еще и благодаря тому, что в 1990‑м выиграла гонку в Ле-Мане с прототипом Mazda 787B. Ее роторный мотор (700 л.с. при 5000 об/мин) выдержал 24‑часовой марафон, «привезя» два круга грозному Ягуару.

ОТ ПЕРВОГО ЛИЦА

— В 1968 году в книжном магазине в родном Иркутске я купил книгу В. Бениовича, Г. Апазиди и А. Бойко «Роторно-поршневые двигатели». С помощью создателя первого в Иркутске самодельного автомобиля, моего друга Бориса Демьянóвича, разобрался в кинематике и загорелся идеей постройки односекционного мотора для гоночного мотоцикла.

В феврале 1971 года начальник вазовского КБ двигателей Михаил Коржов принял меня на работу с условием получить высшее образование, забыть о мотоспорте… и о роторных двигателях. Оказалось, Коржова незадолго до этого заставили изучить чертежи явно неработоспособного роторного мотора какого-то изобретателя-любителя. Кому хочется заниматься мартышкиным трудом? А тут еще я со своими роторными мечтами.

Третьего сентября 1973 года я впервые наблюдал за бесшумной работой двухсекционного роторного двигателя Мазды RX‑2, купленной для ВАЗа. Через неделю получил задание снять этот мотор и установить его под капотом ВАЗ‑2103. Так через две недели появился первый вазовский автомобиль с 120‑сильным роторным мотором и стандартной коробкой передач от Жигулей. Синюю машину с обозначением «00–34 Проба» на номерах я прозвал Вазда-Т‑34. Тогда же, в 1973‑м, было создано СКБ роторно-поршневых двигателей, руководителем назначили Бориса Поспелова. Задачу нам поставили серьезную: создать обширное семейство моторов с воздушным и жидкостным охлаждением, а первым делом — односекционный двигатель мощностью 80 л.с.

За прототип, понятное дело, взяли двигатель Mazda. Скомпоновали свой односекционник в моторном отсеке, выдвинув вперед на 170 мм. Такое решение улучшило развесовку, упростило замену свечей. Мы очень гордились тем, что сам Феликс Ванкель, приехав на один день на ВАЗ, похвалил нашу архитектуру — компоновку двигателя. Провели три фазы испытаний и доводки и передали документацию на производство. Так появился ВАЗ‑21018. А наше СКБ стало работать над установкой двухсекционных двигателей на ВАЗы специального назначения.

Надежность первых двигателей из-за низкого качества производства была не ахти. К 1978 году мы заметно улучшили газовые уплотнения, однако технологические проблемы остались нерешенными. Позднее удалось кое-что сделать, но с 1980 года я занимался уже дизелями. Интересно, что моим первым служебным автомобилем на ВАЗе был именно роторный. Наездил я на нем без проблем 40 000 км.

Роторными двигателями занимались многие компании, даже американские. Но до серии дело дошло не у всех. Помимо немцев и японцев в этом вопросе относительно преуспели французы. Они тоже отметились мелкосерийными роторными автомобилями. Сначала делали 50‑сильное купе М35 на базе модели Ami 8, потом — Citroen GS Birotor с 106‑сильным двигателем. Суммарный их выпуск едва перевалил за тысячу.

А четвертый завод, который мелкосерийно выпускал роторные автомобили, — ВАЗ! Кстати, российский след в этой истории весьма интересен.