История происхождения РПД
Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя. На самом деле все было немного иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель трудился над разработкой нового двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов. После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде. Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся роторов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.
Первый двигатель с вращающимся ротором был спроектирован в середине 1958 года. Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.
РПД в СССР
А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.
Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый двигатель не удался, его дорабатывали еще шесть лет.
Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, в опытной партии у 49 машин из 50 вышли из строя моторы и были заменены на обычные поршневые. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.
Работа над РПД для переднеприводного семейства началась, когда ВАЗ-2108 только готовили к производству – в 1979 году, однако более предметно к этой теме вернулись в начале перестройки, заключив договор с Запорожским автозаводом. И уже к 1987-му году были разработаны опытные образцы ВАЗ-415 для переднеприводных автомобилей ВАЗ и ЗАЗ
Устройство
Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй статора. Диаметр ротора намного превышает диаметр шестерни статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра, и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх радиальных уплотнений — апексов.
Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами – апексами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырёхтактного поршневого, а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот эксцентрикового вала двигатель выполняет один рабочий цикл, что эквивалентно работе двухтактного поршневого двигателя. За один оборот ротора выполняется 3 рабочих хода, при этом эксцентриковый вал выполняет 3 оборота соответственно.
Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель Ванкеля использует четырёхтактный цикл:
1 такт: Топливно-воздушная смесь через впускное окно поступает в камеру двигателя
2 такт: Ротор вращается и сжимает смесь, смесь воспламеняется электрической искрой
3 такт: Продукты горения давят на поверхность ротора, передавая усилие на цилиндрический эксцентрик
4 такт: Вращающийся ротор вытесняет отработанные газы в выпускное окно.
Сравнение автомобилей: Ваз 2108 со стандартным рядным 4 поршневым ДВС модели 21083 и Ваз 2108 с роторно-поршневым двигателем ВАЗ – 415
Так как данные авто отличались лишь двигателем, логичнее сначала сравнить именно их.
Преимущества ВАЗ 415 перед поршневым двигателем 21083:
низкий уровень вибраций:
двигатель полностью механически уравновешен
высокие динамические характеристики:
на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более)
За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии.
Недостатки:
Состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием износа уплотнителей являются высокие утечки между камерами и, как следствие, падение КПД и токсичность выхлопа. Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.
Склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение, интенсивность которого пропорциональна четвёртой степени температуры; с точки зрения снижения удельной поверхности и за счёт этого потерь теплоты идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра.
Меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с поршневыми ДВС.
Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.
И как итог всему выше перечисленному – маленький ресурс двигателя. Мотор Ваз 415 имел ресурс около 100 тыс. км, но большинство моторов приходило в негодность гораздо раньше – через 50 тыс. км, что не могло сравниться с ресурсом мотора 2108 в 200 и более тыс. км
Сравнение технических характеристик:
Ваз 2108 с мотором 21083 Ваз 2108 с мотором ВАЗ — 415
Объём двигателя, 〖см〗^3 1499 1308
Мощность, кВт(л.с.)/〖мин〗^(-1) 51,5 (70)/5600 103 (140)/6000
Разгон 0-100 км\ч, сек. 13 8,5
Максимальная скорость, км/ч 156 200
Максимальный крутящий момент,
Н*м (кгс*м)/ 〖мин〗^(-1)
106,4 (10,85)/3400 186 (19)/4500
Тип питания Карбюратор Карбюратор
Расход на 100 км, л. 8 13
Масса двигателя, кг. 127 113
Итог
Это очень клёвый мотор способный доставить кучу эмоций и удовольствия, но к сожалению это удовольствие стоит недёшево и очень требовательно как к маслу, так и к обслуживанию.
Источники:dolauto.ru/informations/a…-takoe-rotornyy-dvigatel/
bibimot.ru/421-osobennaja…rnym-motorom-rpd-414.html
www.kolesa.ru/article/po-…enie-rotornyh-motorov-vaz
ru.wikipedia.org/wiki/%D0…0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
www.drive2.ru/r/lada/2101/831070/
P.S. Эта статья является продуктом моего проекта в школе, поэтому не судите строго :)