ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ – К ЗВЁЗДАМ

» ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ – К ЗВЁЗДАМ

• Русский
  • American
  • Čeština
  • Deutsch
  • UK
  • Español
  • Français
  • Italiano
  • 简体中文
  • Global Edition

ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ – К ЗВЁЗДАМ

Компания MISTRAL Engines разработала новый мультитопливный роторный двигатель с жидкостным охлаждением и электронным управлением, отвечающий запросам гражданской авиации XXI века.

РЕЗЮМЕ

Компания MISTRAL Engines SA основана в 2001 г., штаб-квартира находится в Женеве, Швейцария. В компании имеются конструкторские бюро, испытательная лаборатория и сборочный цех.
В компании работают 22 человека в Женеве и еще двое в MISTRAL Engines USA Inc. – 100-процентном дочернем предприятии, которое находится в городке ДеЛэнд, штат Флорида. Компания находится в частном владении группы пилотов и других лиц.
Главный исполнительный директор Филипп Дюрр – сам энтузиаст и опытный летчик-любитель.

Компания MISTRAL Engines разработала новый мультитопливный роторный двигатель с жидкостным охлаждением и электронным управлением, отвечающий запросам гражданской авиации XXI века.

Демонстрация мотора, работающего без вибраций, была убедительной: Ян Оливье поставил бокал с вином на двигатель и дал газ. Частота вращения увеличивалась до 3000, 4000, 5000 об/мин и выше. Выхлопная труба раскалилась сначала докрасна, а потом добела. Но бокал не сдвинулся с места, лишь небольшая рябь была едва заметна на поверхности вина. «Попробуйте проделать такое с любым другим возвратно-поступательным поршневым двигателем, – говорит Оливье. – Бокал мгновенно упадет».

Оливье работает менеджером по системам силовых установок в MISTRAL Engines SA – швейцарской компании, чей коллектив разработал инновационный роторно-поршневой двигатель для воздушных судов гражданской авиации (ГА), обладающий множеством преимуществ по сравнению с возвратно-поступательными поршневыми моторами.

Рынок ГА – это воздушные суда невоенного назначения. В мире насчитывается примерно 300 тыс. воздушных судов ГА, в основном малого и среднего размера. Возвратно-поступательные поршневые двигатели всегда доминировали на рынке ГА. Но такая конструкция с поршнями, которые меняют направление своего движения на противоположное тысячи раз за минуту, имеет ограничения в силу самой своей природы. В 2001 г. группа пилотов-любителей и владельцев воздушных судов в Швейцарии основала компанию для создания нового вида двигателя на основе схемы Ванкеля.

Феликс Ванкель разработал роторно-поршневой двигатель в Германии в 1950-е гг. В двигателе такого типа почти треугольный ротор вращается в почти овальном корпусе. Топливо сгорает в пространстве между ротором и корпусом. При отсутствии деталей, которые совершают возвратно-поступательные движения и подвержены высоким механическим напряжениям, роторно-поршневые двигатели обладают надежностью, долговечностью, компактностью, имеют низкие издержки на техническое обслуживание, высокую удельную мощность на единицу массы и могут работать на разных видах топлива.

Роторно-поршневыедвигатели устанавливаются на многих транспортных средствах и устройствах различного назначения, включая автомобили, беспилотные летательные аппараты, карты (малолитражные гоночные автомобили), гидроциклы, бензопилы и вспомогательные силовые установки.

Наиболее широко они применяются в автомобилях японской компании Mazda. В 1991 г. автомобиль Mazda с двигателем Ванкеля выиграл 24-часовую гонку в Ле-Мане во Франции. На следующий год правила изменились, и таким автомобилям запретили участвовать в гонке.

«Двигатель Ванкеля – проверенная технология, – говорит Филипп Дюрр, главный исполнительный директор компании MISTRAL. – В прошлом его недостатком было высокое потребление топлива. Теперь наша передовая система управления двигателем сократила потребление топлива до уровня, сравнимого с обычными авиационными двигателями. Наш филиал MISTRAL Engines USA Inc. работает над получением сертификации в Федеральной авиационной администрации, США».

Рынок гражданскойавиации (ГА) формируют заказчики трех типов: «умельцы», собирающие летательные аппараты своими руками по «экспериментальным» чертежам; изготовители авиационного оборудования (OEM), такие как Cessna и Piper, которые устанавливают сертифицированные двигатели в воздушные суда своей разработки; и те, кто занимается модернизацией имеющегося парка воздушных судов. «Сегмент OEM – самый крупный, но рынок модернизации тоже важен, – поясняет Дюрр. – В среднем срок службы воздушного судна – 35 лет, а авиационного двигателя – 12 лет, так что самолет за свою «жизнь» меняет три двигателя. При 300 тыс. воздушных судов по всему миру это означает огромные возможности для модернизации двигателей».

Ассортимент продукции MISTRAL включает безнаддувные двух- и трехроторные двигатели для самолетов и вертолетов со взлетной мощностью 148 кВт (200 л.с.) и 220 кВт (300 л.с.). Варианты с турбонаддувом имеют мощность 170 кВт (230 л.с.) и 265 кВт (360 л.с.) соответственно и пока еще находятся в разработке. Эти двигатели работают на большинстве марок автомобильного и авиационного горючего, этилированного и неэтилированного, и смесях, содержащих до 15 % этанола. В планах на будущее – двигатели, которые будут использовать топливо для реактивных двигателей (JET-A1).

Двигатели MISTRAL исключительно просты. Силовой модуль мощностью 75 кВт (100 л.с.) состоит из трех деталей: корпуса, ротора и вала, а силовой модуль мощностью 37 кВт (50 л.с.) возвратно-поступательного поршневого двигателя требует более 30 деталей. Детали двигателей MISTRAL совершают только вращательные движения, поэтому они испытывают меньшие механические напряжения. В результате ремонт требуется реже и стоимость его ниже.

Двигатель MISTRAL имеет низкий вес (132 кг в модели мощностью 148 кВт, 177 кг в модели мощностью 220 кВт), поэтому воздушное судно может взять на борт больший вес, а его площадь лобовой поверхности меньше, чем у эквивалентного возвратно-поступательного двигателя, что позволяет добиться более обтекаемой аэродинамической формы.

Двигатель MISTRAL имеет жидкостное охлаждение (обычно двигатели легких самолетов имеют воздушное охлаждение), поэтому он работает при постоянной температуре и не имеет проблем с термоударами, которые в противном случае могут иметь место при быстром снижении на низких скоростях работы двигателя.

Несмотря на то,что двигатель MISTRAL работает на относительно высоких частотах, более 6 000 об/мин, встроенный редуктор с передаточным соотношением 2,8-1 понижает скорость вращения винта до 2 100 – 2 200 об/мин. Это вместе с плавностью хода, присущей двигателю, снижает уровень шума примерно на 10 дБ как внутри кабины, так и снаружи.

И если в возвратно-поступательной конструкции любая поломка носит катастрофический характер, то падение мощности в роторно-поршневом происходит постепенно, что очень важно для безопасности полета.

На вопрос о стоимости двигателя MISTRAL Дюрр отвечает следующее: «Цена покупки MISTRAL несколько выше, но более высокая надежность, больший срок службы, меньшие расходы на техническое обслуживание и способность работать на разном топливе означают, что общие расходы владельца будут ниже».

Что сулит компании будущее? «MISTRAL – частная компания, и мы готовы к тому, что путь на рынок будет долгим, – говорит Дюрр. – Мы должны быть очень осторожны в выборе поставщиков. Если мы меняем поставщика подшипников, например, мы вынуждены заново проходить процедуру сертификации в ФАА. Вот почему мы остановили свой выбор на SKF».

SKF поставляет подшипники для пропеллерных валов и другие элементы двигателей для MISTRAL Engines, включая шарикоподшипники с четырехточечным контактом, радиальные шарикоподшипники и фторопластовые уплотнения, стойкие к воздействию масел и высоких температур. Подшипники изготавливаются дочерней компанией SKF – Somecat SpA, расположенной в городке Пьянецца, Италия.

Завод изготавливает специальные шариковые и цилиндрические роликовые подшипники для авиакосмической промышленности и других областей, где предъявляются высокие требования к эксплуатационным характеристикам. Каждый подшипник для авиакосмической отрасли изготавливается из материалов высочайшего качества и имеет индивидуальный шифр и обозначение для обеспечения полной прослеживаемости изделия.

KUNST! Mazda отмечает производства роторных двигателей

Сорок шесть лет назад Mazda, как и многие другие, начала эксперименты с РПД. Теперь же она — единственная компания, не забросившая их.

В современном автомобильном мире становится всё меньше марок, обладающих яркой индивидуальностью. Всё больше ценится серая надёжность, и мало кому нужен яркий дизайн или оригинальные технические решения. Но есть компании, которые продолжают гнуть свою линию. Например, Mazda, в этом году отмечающая сорокалетие своих серийных роторно-поршневых двигателей.

Спортивные модели Mazda и роторно-поршневые двигатели — сейчас это практически синонимы. Но сам мотор придумали вовсе не японцы. В 1951 году, работая на компанию NSU, Феликс Ванкель (Felix Wankel) начал разрабатывать мотор собственной конструкции. Первый рабочий прототип автомобиля с получившимся агрегатом появился лишь шесть лет спустя. Впоследствии много кто занимался «движками» подобной конструкции — их применяли на автомобилях, мотоциклах и даже автобусах. А компания Rolls-Royce в начале даже сделала дизельную версию роторно-поршневого двигателя Ванкеля.

Первой машиной Mazda с «ротором» была Cosmo Sport. Прототип этого красивейшего купе был сделан ещё в 1963 году. А в и компания построила 80 автомобилей, на которых проводились испытания, и лишь в мае с конвейера сошли серийные машины. Mazda Cosmo Sport, также известная как 110S, стала не только первой роторной Маздой, но и первым автомобилем с двухсекционным мотором — с двумя роторами и секциями рабочим объёмом по 491 см 3 . Cosmo Sport образца 1967 года имела двигатель всего в 982 «кубика», но его мощность была вполне приличной — 110 лошадиных сил. Это позволяло ей разгоняться до 185 километров в час — недурно для того времени.

Почему роторные двигатели развивают такую мощность при столь малом объёме? , в отличие от традиционных ДВС, в которых поршни движутся вверх-вниз, здесь крутится треугольник-ротор. А это значит, что и нагрузки на него меньше. Именно поэтому современные роторные «движки» влёгкую крутятся до 9 с лишним тысяч оборотов. Во-вторых, рабочий объём у «Ванкелей» используется более полно и постоянно. За впуск и выпуск отвечают разные «зоны» мотора, а не одна и та же. Ротор делит рабочую секцию на три части, каждая из которых постоянно работает, в то время как в обычном поршневом двигателе один и тот же объём сначала работает на сжатие, а потом на воспламенение. Поэтому так называемый приведённый рабочий объём (грубо говоря — эквивалент обычного в поршневых ДВС) в два раза больше номинального. Кроме того, роторные моторы чрезвычайно компактны и до неприличия легки — а это сулит одни лишь плюсы.

Идеальный мотор? Если бы! Проблем с двигателями Ванкеля просто огромное количество. , они обладают низким крутящим моментом, а максимальная мощность у них, соответственно, достигается при высоких оборотах. Поэтому мотор для получения большой мощности надо «крутить», а это значит, что совершается больше циклов, и на ресурсе это отражается, естественно, не самым лучшим образом. , камера сгорания у РПД некомпактная, а это приводит к низкому КПД. Отсюда и высокий расход топлива. , у такого двигателя большущие проблемы с обеспечением уплотнения подвижных сопряжений ротора и стенок секции. И масло РПД пожирает ну просто в промышленных масштабах — причём это не неисправность, а особенность конструкции.

Короче, все, поэкспериментировав немного с роторными двигателями и столкнувшись с вышеперечисленными проблемами, задвинули свои разработки куда подальше и отказались от затеи. Все, кроме Mazda. На сегодняшний день эта компания остаётся единственным производителем, не только делающим РПД, но и активно их совершенствующим.

Надёжность своих «роторов» Mazda доказала, выставив в 1968 году две машины на старт марафона de la Route на знаменитом Нюрбургринге. Серийные Cosmo Sport со РПД практически всю гонку держались на четвёртом и пятом местах (из 58 стартовавших экипажей) и… сошли! Но вовсе не проблем с моторами, а повреждения полуосей всего за два часа до финиша.

К слову об автоспорте. Своего высшего успеха роторные двигатели добились именно с компанией Mazda, когда болид 787B в 1991 году выиграл марафон в . После этого РПД были поставлены под запрет в этой гонке. А в Америке даже существует серия Formula Mazda, где гоняются болиды с роторными моторами.

Последняя разработка Mazda — мотор Renesis, устанавливающийся на купе . В ходе его разработки инженерам Mazda удалось победить многие врождённые пороки конструкции, такие, как небольшой ресурс и высокое потребление топлива. При мощности под 250 лошадиных сил, он «кушает» немногим более 11 литров бензина в смешанном режиме.

Роторный двигатель.

Много в раз вскользь слышал о роторных двигателях и тут мне стало интересно что они из себя представляют, как работают?Ну собственно пошарил по Инету и кое что надыбал, может кому будет интересно.

Ну собственно вот.
В роторном двигателе отсутствует преобразуемое возвратно-поступательное движение. Давление образуется в камерах, создаваемых различными частями корпуса и выпуклыми поверхностями треугольного ротора. Сгорание приводит непосредственно к вращению ротора, что снижает вибрации и увеличивает возможную скорость вращения. Обеспечиваемое таким образом повышение эффективности также позволяет роторному двигателю иметь гораздо меньшие размеры по сравнению с традиционным поршневым двигателем эквивалентной мощности.
Главный компонент роторного двигателя — треугольный ротор, который вращается внутри овального корпуса (статора) таким образом, что три вершины ротора находятся в постоянном контакте с внутренней стенкой корпуса, образуя три замкнутых объема с газом, или камеры сгорания. Фактически каждая из трех боковых поверхностей ротора действует как поршень. При вращении ротора внутри корпуса объем трёх создаваемых им рабочих камер постоянно изменяется, действуя как насос.

Внутри ротора находится небольшая шестерня с внешними зубьями, прикрепленная к корпусу. Шестерня большего диаметра с внутренними зубьями сопряжена с этой неподвижной шестерней — таким образом задается траектория вращения ротора внутри корпуса.

Поскольку ротор соединен с выходным валом эксцентрично, он вращает вал подобно тому, как ручка вращает коленвал, при этом выходной вал совершает три оборота за каждый оборот ротора.

Преимущества роторного двигателя

Меньшая масса
Из-за отсутствия необходимости в поршнях, шатунах и коленвале основной блок роторного двигателя имеет меньшие размеры и массу при лучших динамических характеристиках и управляемости.

Меньшие размеры
Роторный двигатель существенно меньше традиционного двигателя такой же мощности. Новый двигатель RENESIS примерно равен по размерам небольшому обычному четырехцилиндровому рядному двигателю. Небольшие размеры роторного двигателя выгодны не только тем, что уменьшают массу — они также улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Меньший уровень вибрации
Все части роторного двигателя непрерывно вращаются в одном направлении, а не изменяют направление своего движения так, как поршни обычного двигателя. Роторные двигатели внутренне сбалансированы, что снижает уровень вибрации.

Более высокая мощность
Роторный двигатель выдает мощность более равномерно и плавно. С каждым полным оборотом ротора выходной вал оборачивается трижды. Каждое отдельное сгорание происходит в течение 90-градусной фазы вращения ротора, т.е. в течение 270-градусной фазы вращения выходного вала. Это значит, что одно роторный двигатель выдает мощность в течение трех четвертей каждого оборота выходного вала. Учтите, что одноцилиндровый поршневой двигатель выдает мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала.

Более высокая надежность
Роторный двигатель имеет меньшее количество движущихся частей по сравнению с аналогичным четырехтактным поршневым двигателем. Двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже 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.

Вот собственно так он выглядит

А это двигатель RENESIS который устанавливается на автомобили Mazda RX-8

avtoexperts.ru

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).

По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.

В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.

Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.

В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.