Двигателят на Ванкел. Ротационен двигател на Феликс Ванкел

Основните типове двигатели с вътрешно горене и парни двигатели имат един общ недостатък. Тя се състои в това, че възвратно-постъпателното движение изисква преобразуване въртеливо движение. Това, от своя страна, води до ниска производителност, както и до сравнително високо износване на частите на механизма, включени в различни типове двигатели. Много хора си мислят за създаването на такъв двигател, при който движещите се части само се въртят. Само един човек успя да реши този проблем. Феликс Ванкел - механик-самоук - станал изобретател ротационен бутален двигател. През живота си този човек не е получавал специалност или висше образование. Нека разгледаме по-нататък роторно-буталния двигател на Ванкел.

Кратка биография на изобретателя

Феликс Г. Ванкел е роден през 1902 г. на 13 август в град Лар (Германия). В първия свят бащата на бъдещия изобретател починал. Поради това Ванкел трябваше да напусне обучението си в гимназията и да си намери работа като помощник продавач в книжарница в издателство. Поради това той беше пристрастен към четенето. Феликс изследва техническите характеристики на двигателите, автомобилната индустрия, механиката. Знанието, което той черпи от книги, които се продаваха в магазина. Смята се, че по-късно реализираният двигател на Ванкел (по-точно идеята за неговото създаване) е посетен в сън. Не е известно дали това е вярно или не, но със сигурност може да се каже, че изобретателят е имал необичайни способности, тежест за механиката и своеобразен поглед върху много неща.

Първите видове двигатели

Изобретателят, разбрал как е възможно да се извършат всички 4 цикъла на конвенционален двигател по време на въртене, пристъпи към проектиране. През 1924 г. Ванкел създава малка работилница. Тя също служи като лаборатория. Именно тук Феликс Ванкел започна да изучава роторно-бутални системи. През 1936 г. моделът, сглобен от изобретателя, заинтересува компанията "BMW". Ванкел получил парите, получил е собствена лаборатория в Линдау. Там той трябваше да разработи прототипи на авиационни двигатели. До края на Втората световна война обаче не е изпратен нито един ротационен двигател на Ванкел за масово производство. Вероятно това се дължи на факта, че са необходими доста време, за да се приведе дизайнът в работно състояние и да се създаде масово производство.

Следвоенни години

След разгрома на фашизма лабораторията беше затворена и цялото оборудване, което беше там, бе препратено във Франция. В резултат на това Ванкел остана без работа. Това се дължи на предишното му членство в Националсоциалистическата партия. Но след кратък период от време Феликс бе поканен в компанията NSU като проектант. Тази компания по това време се счита за най-стария производител на автомобили и мотоциклети.

прототип

През 1957 г., благодарение на подкрепата на Уолтър Фреде (водещ инженер в NSU), роторно-буталният двигател за първи път е пуснат на колата. Моторът беше инсталиран на NSU Prinz. Оригиналният дизайн обаче беше далеч от съвършенството. Беше толкова сложно, че дори и да се замени свещта, трябваше да се разглоби почти целият мотор. Освен това дизайнът е много ненадежден, неикономичен и е с много ниска ефективност. Двигателят на Ванкел във връзка с това не отиде в серията. Колите отидоха до конвейера с традиционен двигател. Въпреки това роторно-буталният двигател доказа не само правото да съществува, но и демонстрира впечатляващ потенциал за това време. Перспективите за неговото използване са толкова привлекателни, че дизайнерите не могат да спрат нищо. Самият изобретател разбираше, че неговото потомство се нуждае от подобрение, той се стремеше да гарантира, че както работата, така и ремонтът на двигателя са предизвикали възможно най-малко затруднения. От този момент започва активна работа по привеждане на двигателя в работно състояние.

Двигател Wankel: дизайн

Какво е мотор? В центъра на ротора има кръгъл отвор. Тя е вътрешно покрита със зъби, като на зъбно колело. В отвора е вкаран вал с по-малък диаметър. Той също има зъби. Те предотвратяват подхлъзването на вала. Връзката между диаметрите се избира така, че движението на върховете на триъгълниците да се извършва по една затворена крива. Нарича се „епитрохоид“. Задачата на Ванкел беше да започне да разбира, че работата на такъв механизъм е възможна. После трябваше да изчисли всичко точно и правилно. В резултат на това буталото, направено във формата на Relo триъгълник, прекъсва три камери с променливо положение и обем.

Специални функции

Конструктивната характеристика на двигателя значително облагодетелства в сравнение с конвенционалните двигатели. По-специално, уплътняването на камерите се осигурява от крайни и радиални уплътнителни плочи. Те се притискат към "цилиндъра" посредством ремъчни пружини, налягане на газта и центробежна сила. Особено внимание трябва да се обърне на производителността на двигателя. За целия цикъл валът прави 3 пълни завоя. В конвенционален бутален двигател този резултат може да се постигне с помощта на шест цилиндъра.

Въведение в индустрията

След първата успешна демонстрация през 1957 г. двигателят на Ванкел интересува най-големите автогиганти от онова време. Така че първата компания, закупила лиценза, беше Къртис-Райт. Година по-късно известни компании като Mazda, Friedrich Krupp, MAN и Daimler-Benz започват да използват изобретението. За доста кратък период от време лицензът придоби около сто компании, включително световноизвестни: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

предимства

Какви са предимствата на двигателя на Ванкел? Принципът на работа на двигателя е, че изпълнението на всеки цикъл от четири цикъла се извършва без използване на механизма за синхронизация. Това значително опростява конструкцията на двигателя. В типичен 4-тактов бутален двигател, около хиляда елемента повече. Огромният интерес на най-големите автомобилни предприятия се дължи на потенциала на структурата. Безспорните предимства са лекотата на производство, лесния ремонт на двигателя, компактността и ниското тегло. Всичко това спомага за подобряване на управляемостта на машината, улеснява местоположението на трансмисията. Компактността на мотора ви позволява да създадете удобен и доста просторен интериор. Подобрените модели на двигатели са способни на висока мощност с достатъчно икономичен разход на гориво. Например, модерен двигател с обем от 1300 см ³ има 220 литра. а. Ако оборудвате двигателя на Wankel с турбокомпресор, можете да получите мощност до 350 литра. а. Друго предимство на дизайна е много ниското ниво на вибрации и шум. Двигателят на Ванкел е механично балансиран. Намаляването на шума и вибрациите се постига с малък брой части (те са с 40% по-малко, отколкото при традиционните двигатели). Заслужава да се отбележи и динамичните характеристики на двигателя. При ниска предавка без специален товар можете да ускорите автомобила до 100 км / ч при високи обороти. При конструирането на двигателя няма механизъм, който преобразува възвратно-постъпателното движение в ротационен. Благодарение на това двигателят на Wankel може да издържи висока скорост в сравнение с традиционните двигатели с вътрешно горене.

Прекратяване на еуфорията

През 1964 г. беше пуснат NSU Spyder и след него беше издаден легендарният модел Ro 80. И сега има доста почитатели на тези автомобили в света. Тогава такива модели като Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35 излязоха от поточната линия. Въпреки това, единствената компания, която зае масово производство, стана Mazda. От 1967 г. произвежда 2-3 нови автомобила с RPD. Двигателят на Ванкел беше пуснат на леки самолети, моторни шейни, лодки. През 1973 г. края на еуфорията. По това време петролната криза беше в разгара си. Именно през този период се прояви основният недостатък на DUR - неефективност. В допълнение към Mazda, всички производители са ограничили програмите за производство на автомобили с ротационни двигатели. Въпреки това, само Mazda продължи да произвежда такива автомобили. Компанията значително е намалила продажбите си в Америка.

Недостатъци на RPD: крехкост и ненадеждност

Наред с предимствата, ротационните двигатели имаха значителни недостатъци. Първо, те бяха много краткотрайни. Така един от първите модели на RPD по време на тестовете разработи целия ресурс за 2 часа. По-успешният прототип може да издържи 100 часа. Това обаче не гарантира нормалната работа на машината. Основният проблем е неравномерното износване на вътрешната повърхност на камерата. По време на работа върху него са оформени напречни канали. Те получиха много красноречиво име: "етикети на дявола". След получаване на лиценз, Mazda създаде специален отдел, който се занимава с подобряването на двигателя. Скоро стана ясно, че в процеса на въртене на роторите щепсели, разположени на върховете му, започват да вибрират. Поради това се появяват тези жлебове. Днес проблемът с издръжливостта и надеждността е решен. За да направите това, производството използва висококачествено покритие, включително керамика.

Високи емисии на отработени газове

Това е друг недостатък на ПДП. В сравнение с традиционните двигатели, двигателят на Ванкел излъчва по-малко азотни оксиди, но много пъти повече въглеводороди, поради непълно изгаряне на горивото. Инженерите на Mazda бързо намериха ефективно решение на проблема. Експертите са създали "термичен реактор". В него се случва "изгаряне" на въглеводороди. Mazda R 100 е първият автомобил, в който е използван този елемент. През 1968 г. е пуснат в експлоатация друг модел с термичен реактор - Familia Presto Rotary. Този автомобил, един от малкото, веднага премина доста строг екологичен тест, предложен от САЩ през 1970 г. за внесени превозни средства.

икономика

Това е друг RPD проблем. Отчасти следва от горното. Разходът на гориво в стандартните RPD е значително по-висок от този на двигателя с вътрешно горене. Този проблем отново беше решен от експертите на Mazda. Чрез прилагане на набор от мерки, включително рециклиране на карбуратора и термореактора, добавяне на топлообменник към изпускателната система, създаване на ново запалване и разработване на каталитичен конвектор, инженерите постигнаха 40% намаление на потреблението. Това позволи освобождаването през 1978 г. на модела RX-7.

Вътрешно производство

Освен Mazda, АвтоВАЗ също произвежда автомобили с RPD. През 1974 г. в централата е сформирано специално бюро за проектиране. В Толиати започна изграждането на цехове за серийното производство на РПД. Поради факта, че първоначално се предполагаше, че ВАЗ просто ще копира западната технология, беше решено да се коригира възпроизвеждането на двигателя на Mazda. В същото време дългосрочното развитие на местните институти за моторно строителство не беше взето под внимание.

От доста дълго време се водят преговори между Ванкел и съветските власти. Някои срещи бяха проведени директно в Москва. Но парите не бяха достатъчни, така че някои технологии не бяха използвани. През 1976 г. е пуснат първият едносекционен мотор ВАЗ-311. Капацитетът му е 65 литра. а. През следващите пет години беше извършено структурно прецизиране. След това заводът произвежда 50 експериментални ванкелови коли. Те незабавно се разпръснаха сред служителите на предприятието. Скоро обаче стана ясно, че моторът в автомобилите е само външно подобен на японския. Неговият дизайн беше изключително ненадежден. В рамките на шест месеца всички двигатели бяха заменени, а персоналът на проектното бюро беше намален.

Въпреки това, вътрешното производство на двигателя е спасено от тайните служби. Те не се притесняват твърде много от проектния живот и разхода на гориво. Повече те бяха привлечени от динамичните характеристики на двигателя. За кратко време от два двигателя на ВАЗ-311 бе сглобен двусекционен. Капацитетът му почти се е удвоил - до 120 литра. а. Двигателят започва да се поставя на специална единица - VAZ-21019. Този модел е получил неофициалното име "Аркан".

конверсия

Специални поръчки вдъхнаха нов живот на дизайнерския офис. ВАЗ започва да произвежда двигатели за авто и водни спортове. Автомобилите започнаха често да печелят първо място. Служителите на спорта от своя страна бяха принудени да забранят използването на RPD. През 1987 г. Шнякин замени Поспелов (ръководител на проектантското бюро). Той не харесваше наземния транспорт, по-скоро авиацията. От началото на своето ръководство, СКБ пренасочи дейностите си за производство на двигатели за въздушни машини. Това беше погрешна стратегия, тъй като в страната има много по-малко самолети, отколкото коли. Заводът е реализирал и печалба главно от продажбата на моторни превозни средства. Следващата грешка беше преориентирането към двигатели с ниска мощност. Японците поставиха RPD на спортни автомобили. А ВАЗ е произвел моделите на Ока, въпреки че би било по-целесъобразно динамичните двигатели да се поставят на по-високоскоростни автомобили. Както и да е, има няколко мини-коли Oka с RPD по вътрешни пътища. Най-накрая през 1998 г. приключи подготовката на цивилната версия на двуцилиндровия 1.3-литров ротационен двигател. Той е инсталиран на модела ВАЗ 2107-2109 и 2105.

В заключение

Защо водещите световни производители все още не са преминали към производство на автомобили с RAP? Факт е, че за производството на такива мотори е необходима, на първо място, много точна технология, която включва много различни нюанси. Не всеки, дори и голяма компания, може да върви по пътя на Mazda. В допълнение, случаят в оборудването. За производството на двигателя Wankel са необходими високопрецизни машини за смилане на повърхности с епитрохоид. За оборудването, което се използва днес в заводите, тази работа е напълно осъществима. Днес само Mazda се занимава със сериозни изследвания на RPD. Инженерите на компанията постоянно подобряват дизайна, решават много различни проблеми. Роторните двигатели, произведени в Япония, отговарят на международно приетите стандарти за надеждност, разход на гориво и екологичност.