№ 2 ОСНОВНОЙ НЕДОСТАТОК РПД ВАНКЕЛЯ
Основной недостаток роторных двигателей – повышенный расход бензина. Все остальные недостатки- как относительно малый моторесурс или потребность подавать масло в рабочие камеры, не так и страшны и могут быть в значительной мере устранены. Главное в проблемах роторного мотора – это уменьшить расход топлива на 1 л.с. в час. Расход бензина в роторной Mazda RX-8 в городском цикле составляет 16-18 литров на 100, км, а на трассе примерно 13-14 литров, что для мотора мощностью в 200-220 л.с. (мотор HP мы пока не рассматриваем) является приемлемым, но хотелось бы меньше. И хорошая новость состоит в том – что есть возможность это сделать. Давайте вдумаемся в несколько цифр. В технических сведениях о моторе 13В (это роторный мотор Мазда на модель RX-8) есть показатель, указывающий на геометрическую степень сжатия роторном моторе в 8,5 крат. В поршневом моторе этой степени сжатия соответствует давление сжатия примерно в 12-13 кг/см. Эти показатели характерны для, например, тех характеристик мотора старой модели ВАЗ 2106. Давление сжатия в таком технически справном моторе должно быть около 12,5 кг/см.
Но, и еще раз Но…. При такой степени сжатия в 8,5 крат, давление сжатия роторного мотора Мазды имеет значение всего в 8,2 кг/см … Вот где кроется причина высокой неэкономичности мазда- мотора по расходу бензина.
Для компрессии в 8 кг/см в поршневых ДВС соответствует степень сжатия в 5 крат, а это моторы примерно 30-х годов прошлого века, с присущей им «экономичностью».
(рис- Двигатель от полуторки)
Сразу возникает вопрос — почему при геометрической степени сжатия в 8,5 крат мы имеет компрессию (давление сжатия) соответствующую в поршневых моторах степени сжатия в 5 крат??? Ответ прост и понятен — имеются большие потери давления сжатия (протечки сжатого воздуха) через уплотнения.
Диагноз поставлен, причина определена… Но что делать дальше? Как бороться с этой бедой? Ответ будет таким- делать более совершенные уплотнения.
В конце 50-х годов прошлого века Феликс Ванкель на уровне технологий той поры сделал некоторые конструкции уплотнений, и они как то (с немалыми протечками и потерями давления) работали. Но уже к 80-ым и 90- ым годам эти параметры перестали всех удовлетворять. Поэтому выход один – нужно существенно модернизировать уплотнения и повысить качество этой работы. Если в результате удачной работы по совершенствованию уплотнений удастся повысить значение давления сжатия до «поршневых значений» в 11-12 кг/см) вместо нынешних 8,2 кг/см, то результат будет поистине прекрасным. А именно – значительно уменьшиться расход топлива (примерно на 25-30%), а так же увеличиться сила крутящего момента на малых оборотах (возрастет тяга на низах).
Так как же добиться увеличения значения компрессии? Технически достичь этого можно несколькими мероприятиями, которые можно применять как по отдельности, так и совместно.
НЕБОЛЬШОЕ ВВЕДЕНИЕ
В поршневых двигателях есть одна замечательная черта. Круговая поверхность сопряжения поршня и цилиндра предполагает, что одна деталь уплотнения в виде тонкого кольца полностью уплотняет эту поверхность сопряжения. Но обратной стороной этого достоинства такой организации геометрии и кинематики двигателей выползает главный недостаток поршневиков- возвратно поступательные движения и знако-переменные нагрузки.
А вот в роторных двигателях любой конструкции всё получается ровно наоборот. У них оптимальная организация геометрии и кинематики внутренних пространств моторов приводит к оптимальной динамике и к совершенной организации внутренних процессов, но при такой геометрии внутренних пространств роторных моторов они требуют очень сложных систем уплотнений, состоящих из многих деталек и различных элементов. И в такой схеме организации геометрии и конструкции разных типов моторов мы видим подтверждение великого закона природы- идеала достичь практически невозможно нигде и никогда, любая конструкция будет иметь как сильные стороны, так и значительные изъяны.
Теперь вернемся к роторному циклоидальному двигателю в планетарным вращением ротора (двигателю Ванкеля). Посчитаем места- где есть прорехи, куда утекает (улетает) некоторая масса сжатого воздуха на такте «сжатие» и на такте «рабочий ход».
- – зазоры между торцами апекса на расстоянии между боковыми крышками и центральной перегородкой. При работе мотора апекс сильно нагревается – до 300 град С. При нагреве до такой температуры стальной или чугунный апекс длиной в 80 мм может удлиниться до 0,36 мм. Поэтому точно в размер с минимальным зазором делать апекс нельзя — надо для компенсации удлинения при нагреве оставлять так называемые термозазоры. При удлинении апекса при нагреве до 0,33 мм, надо с двух торцов апекса делать зазоры не менее по 0,2 мм. Соответственно – в такие зазоры в две «десятки» при сжатии воздуха ротором в 6 – 8 – 10 атм будет выдавливаться значительная часть сжимаемого воздуха и происходить значительные потери «компрессии». Для выхода из такой непростой ситуации, апекс делается составным с маленькой подвижным элементом – «уголком». Но как показывает практика, свои задачи он выполняет не очень хорошо…
(рис-тех рисунок- термозазоры на апексе)) - – это цилиндрический проём «колодца» свечи. Когда над этим колодцем проходит лопатка радиального уплотнения «апекса», то плотный контакт между апексом и внутренней поверхностью роторной секции разрывается, и над апексом в появившуюся полость уходит часть сжатого воздуха. Следует напомнить, что в роторном моторе две свечи, а значит и два колодца (больший и меньший по диаметру) для поджигания рабочей смеси.
(фото – статор изнутри)
- – боковые (торцевые) дугообразные уплотнительные элементы. Которые по англоязычной традиции у нас называют «сайды». Их сопряжение с дополнительными элементами «корнерами» так же происходит не совсем герметично, Поэтому там так же происходят потери давления сжатия.
Но как показывает практика- наиболее тяжелые потери компрессии происходят по первым двум конструкционным недостаткам. Если удастся побороть их – то давление сжатия (компрессия) в роторном двигателе Ванкеля заметно возрастет и может приблизиться к показателям, которые характерны для поршневых ДВС. А вместе со значительным увеличением компрессии заметно снизится расход бензина, как и вырастет крутящий момент (особенно на низах). Т.е. роторный двигатель избавится от значительной части своих недостатков.
В следующих статьях мы рассмотрим возможности избавиться от серьезных недостатков и будем делать это по пунктам, соответственно нумерации. обозначенной выше