Роторный двигатель: принцип работы, особенности

Двигатель – это основа любого транспортного средства. Без него невозможно движение автомобиля. На данный момент наиболее распространенными являются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Если говорить о большинстве беговых авто, это рядные четырехцилиндровые ДВС. Однако есть автомобили с таким моторами, где классическая поршневая отсутствует в принципе. Эти моторы имеют совершенно иное устройство и принцип работы. Называются они роторными ДВС. Что это за агрегаты, в чем их особенности, плюсы и минусы? Рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

Роторный двигатель – это одна из разновидностей тепловых ДВС. Впервые такой мотор был разработан еще в далеком 19-м веке. Сегодня используется роторный двигатель на Mazda РХ-8 и еще на некоторых спортивных авто. Такой мотор имеет ключевую особенность – в нем нет возвратно-поступательных движений, как в обычном ДВС.

Здесь вращение осуществляется специальным трехгранным ротором. Он заключен в специальный корпус. Подобная схема практиковалась еще в 50-х годах прошлого столетия немецкой фирмой NSU. Автором такого ДВС стал Феликс Ванкель. Именно по его схеме производятся все современные роторные двигателя («Мазда РХ» не является исключением).

Устройство

В конструкцию силового агрегата входит:

• Корпус.
• Выходной вал.
• Ротор.

Сам корпус являет собой основную рабочую камеру. На роторном двигателе она имеет овальную форму. Столь необычная конструкция камеры сгорания обусловлена использованием трехгранного ротора. Так, при соприкосновении его со стенками образуются изолированные закрытые контуры. Именно в них осуществляются рабочие такты ДВС. Это:

• Впуск.
• Сжатие.
• Воспламенение и рабочий ход.
• Выпуск.

Среди особенностей роторного двигателя внутреннего сгорания стоит отметить отсутствие классических впускных и выпускных клапанов. Вместо них использованы специальные отверстия. Они находятся по бокам камеры сгорания. Данные отверстия напрямую соединяются с системой выпуска газов и системой питания.

Ротор

Основа конструкции силовой установки данного типа – это ротор. Он выполняет функцию поршней в данном двигателе. Однако ротор находится в единственном экземпляре, в то время как поршней может быть от трех до двенадцати и более. По форме данный элемент напоминает некий треугольник с закругленными краями.

Такие края нужны для более герметичного и качественного уплотнения камеры сгорания. Так достигается правильное сгорание топливной смеси. В верхней части грани и по ее бокам расположены специальные пластины. Они выполняют функцию компрессионных колец. В роторе также находятся зубцы. Они служат для вращения привода, который задействует также выходной вал. О назначении последнего поговорим ниже.

Вал

Как такового коленчатого вала в роторно-поршневом двигателе нет. Вместо него использован выходной элемент. Относительно его центра находятся специальные выступы (кулачки). Они расположены асимметрично. Крутящий момент от ротора, что передается на кулачок, заставляет вал вращаться вокруг своей оси. Так создается энергия, необходимая для движения приводов и колес в автомобиле.

Такты

Какой имеет принцип работы роторный двигатель? Алгоритм действия, несмотря на схожие такты с поршневым мотором, отличается. Так, начало такта происходит при прохождении одного из концов ротора через впускной канал корпуса ДВС. В данный момент под действием вакуума в камеру засасывается горючая смесь. При дальнейшем вращении ротора происходит такт сжатия смеси. Это происходит, когда второй конец проходит впускное отверстие. Постепенно возрастает давление смеси. В конечном итоге она воспламеняется. Но возгорается она не от силы сжатия, а от искры свечи зажигания. После этого начинается рабочий такт хода ротора.

Поскольку камера сгорания в таком двигателе имеет овальную форму, целесообразно использовать две свечи в конструкции. Это позволяет быстро осуществить поджог смеси. Так, фронт пламени распространяется более равномерно. Кстати, по две свечи на одну камеру сгорания может приходиться и в обычном поршневом ДВС (встречается такая конструкция крайне редко). Однако для роторного двигателя это является необходимостью.

После воспламенения, в камере образуется высокое давление газов. Сила настолько велика, что позволяет прокрутить ротор на эксцентрике. Это способствует вырабатыванию крутящего момента на выходном валу. Когда вершина ротора приближается к выпускному отверстию, сила и давление энергии газов снижается. Они самопроизвольно устремляются в выпускной канал. После того как камера полностью от них освободилась, начинается новый процесс. Работа роторного двигателя снова начинается с такта впуска, сжатия, воспламенения, а затем и рабочего хода.

О системе смазки и питании

Данный агрегат не имеет отличий в системе топливоподачи. Здесь также используется погружной насос, что подает бензин под давлением из бака. А вот смазочная система имеет свои особенности. Так, масло для трущихся частей двигателя подается прямо в камеру сгорания. Для смазки предусмотрено специальное отверстие. Но возникает вопрос: куда затем девается масло, если оно проникает в камеру сгорания? Здесь принцип работы схож с двухтактным двигателем. Смазка попадает в камеру и сгорает вместе с бензином. Такая схема работы используется на каждом роторно-лопастном двигателе и поршневом в том числе. Ввиду особой конструкции смазочной системы такие моторы не могут отвечать современным экологическим нормам. Это одна из нескольких причин, почему роторные двигатели на ВАЗе и других моделях авто серийно не применяются. Впрочем, сперва отметим преимущества РПД.

Плюсы

Существует немало плюсов у такого типа двигателей. Во-первых, данный мотор обладает небольшим весом и размерами. Это позволяет сэкономить место в подкапотном пространстве и разместить ДВС в любом автомобиле. Также низкий вес способствует более правильной развесовке автомобиля. Ведь большая часть массы на авто с классическими ДВС сосредоточена именно в передней части кузова.

Во-вторых, роторно-поршневой двигатель обладает высокой удельной мощностью. По сравнению с классическими моторами, данный показатель в полтора-два раза выше. Также у роторного двигателя более широкая полка крутящего момента. Он доступен практически с холостых оборотов, в то время как обычные ДВС нужно раскручивать до четырех-пяти тысяч. Кстати, роторный мотор намного легче набирает высокие обороты. Это еще один плюс.

В-третьих, такой двигатель имеет более простую конструкцию. Здесь нет ни клапанов, ни пружин, ни кривошипно-шатунного механизма в целом. Вместе с этим отсутствует привычная система газораспределения с ремнем и распределительным валом. Именно отсутствие КШМ способствует более легкому набору оборотов роторным ДВС. Такой мотор за доли секунды крутится до восьми-десяти тысяч. Ну и еще один плюс – это меньшая склонность к детонации.

Минусы

Теперь поговорим о недостатках, из-за которых применение роторных моторов стало ограниченным. Первый минус – это высокие требования к качеству масла. Хоть мотор и работает по типу двухтактного, сюда нельзя заливать дешевую «минералку». Детали и механизмы силового агрегата подвергаются существенным нагрузкам, поэтому для сохранения ресурса нужна плотная масляная пленка между трущимися парами. Кстати, регламент замены смазки составляет шесть тысяч километров.

Следующий недостаток касается быстрого износа уплотняющих элементов ротора. Это происходит вследствие малого пятна контакта. Из-за износа уплотнительных элементов, образуется высокий перепад давлений. Это негативно сказывается на производительности роторного двигателя и расходе масла (а соответственно и экологических показателях).

Перечисляя недостатки, стоит упомянуть и о расходе топлива. По сравнению с цилиндро-поршневым двигателем, роторный не располагает топливной экономичностью, особенно на средних и низких оборотах. Ярким примером тому служит «Мазда РХ-8». При объеме в 1,3 литра этот мотор потребляет не менее 15 литров бензина на сотню. Что примечательно, на высоких оборотах ротора достигается наибольшая топливная экономичность.

Также роторные двигатели склонны к перегреву. Это происходит из-за особой линзовидной формы камеры сгорания. Она плохо отводит тепло по сравнению со сферической (как на обычных ДВС), поэтому при эксплуатации нужно всегда следить за температурным датчиком. В случае перегрева, деформируется ротор. При работе он будет образовать значительные задиры. В результате ресурс мотора приблизится к концу.

Несмотря на простую конструкцию и отсутствие кривошипно-шатунного механизма, этот мотор трудно отремонтировать. Такие двигателя очень редко встречаются и мало кто из мастеров имеет опыт с ними. Поэтому многие автосервисы отказываются «капиталить» такие моторы. А те, кто и занимается роторами, просят за это баснословные суммы денег. Приходится платить либо устанавливать новый двигатель. Но это не является гарантией высокого ресурса. Такие моторы выхаживают максимум 100 тысяч километров (даже при умеренной эксплуатации и своевременном обслуживании). И моторы "Мазды РХ-8" не стали тому исключением.

Роторный двигатель ВАЗ

Все знают, что такие моторы в свои годы использовал японский производитель «Мазда». Однако мало кому известен тот факт, что РПД применялся и в Советском Союзе на ВАЗовской «Классике». Разрабатывался такой мотор по приказу министерства для спецслужб. ВАЗ-21079, оснащенный таким двигателем, являлся аналогом известной черной «Волги-догонялки» с восьмицилиндровым мотором.

Разработки роторно-поршневого двигателя для ВАЗ начались еще в середине 70-х. Задача была не из легких – создать роторный мотор, который будет превосходить по всем показателями традиционный поршневой ДВС. Разработкой нового силового агрегата занимались специалисты авиационных предприятий Самары. Начальником сборочно-конструкторского бюро был Борис Сидорович Поспелов.

Разработка силовых агрегатов шла одновременно с изучением роторных моторов зарубежных образцов. Первые экземпляры не отличались высокими эксплуатационными показателями, и в серию они не пошли. Несколько лет спустя были созданы несколько вариантов РПД для классического ВАЗа. Лучшим из них был признан мотор ВАЗ-311. Этот двигатель имел такие же геометрические параметры, как и японский мотор 1ЗВ. Максимальная мощность агрегата составляла 70 лошадиных сил. Несмотря на несовершенность конструкции, руководством было принято решение о выпуске первой промышленной партии РПД, которые устанавливались на служебные автомобили ВАЗ-2101. Однако вскоре обнаружилась масса недоработок: мотор породил волну рекламаций, разразился скандал и численность работников конструкторского бюро существенно сократилась. Из-за частых поломок, первый роторный двигатель ВАЗ-311 был снят с производства.

Но на этом история советского РПД не заканчивалась. В 80-х годах инженерам все же удалось создать роторный мотор, который существенно превосходил характеристики поршневого ДВС. Так, это был роторный двигатель ВАЗ-4132. Агрегат развивал мощность в 120 лошадиных сил. Это дало автомобилю ВАЗ-2105 превосходные динамические характеристики. С этим двигателем машина разгонялась до сотни за 9 секунд. А максимальная скорость «догонялки» составляла 180 километров в час. Среди основных преимуществ стоит отметить высокий крутящий момент двигателя, доступный на всем диапазоне оборотов и высокую литровую мощность, которая была достигнута без какой-либо форсировки.

В 90-х годах на АвтоВАЗе занялись разработкой нового роторного двигателя, который должен был устанавливаться на «девятку». Так, в 1994 м году на свет вышел новый силовой агрегат ВАЗ-415. Мотор имел рабочий объем в 1300 кубических сантиметров и две камеры сгорания. степень сжатия каждой составляла 9,4. Данная силовая установка способна раскручиваться до десяти тысяч оборотов. При этом мотор отличался небольшим расходом топлива. В среднем, агрегат потреблял 13-14 литров на сотню в смешанном цикле (это неплохой показатель для старого по сегодняшним меркам роторного ДВС). При этом двигатель отличался малой снаряженной массой. Без навесного оборудования он весил всего 113 килограмм.

Расход масла у двигателя ВАЗ-415 составляет 0,6 процента от удельного расхода топлива. Ресурс ДВС до капитального ремонта – 125 тысяч километров. Мотор, установленный на «девятку», показывал неплохие динамические характеристики. Так, разгон до сотни занимал всего девять секунд. А максимальная скорость – 190 километров в час. Также были экспериментальные образцы ВАЗ-2108 с роторным мотором. Благодаря меньшему весу, роторная «восьмерка» разгонялась до сотни всего за восемь секунд. А максимальная скорость в ходе испытаний составила 200 километров в час. Однако в серию эти моторы так и не поступили. На вторичном рынке и на разборках найти их тоже нельзя.

Подводим итоги

Итак, мы выяснили, что собой представляет роторный двигатель. Как видите, это весьма интересная разработка, направленная на получение максимального КПД и мощности. Однако ввиду своей конструкции, механизмы ротора быстро изнашивались. Это сказывалось на ресурсе двигателя. Даже у японских РПД он составляет не более ста тысяч километров. Также данные моторы имеют высокие требования к смазочным материалам и не могут соответствовать современным экологическим нормам. Поэтому роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания так и не стали особо популярными в сфере автомобилестроения.