№ 1 РОТОРНЫЙ ЦИКЛОИДАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ – ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ.
Каковы перспективы на момент 2023 года?
Прошло 66 лет с тех пор как в 1957 году закрутился первый роторный двигатель Ванкеля. У него есть несколько названий — роторный циклоидальный двигатель, роторно – поршневой двигатель, и т.д. Но в широком употреблении он стал известен, как «Двигатель Ванкеля».
При этом, самое интересное, что Феликс Ванкель не изобретал этого двигателя. Схема циклоидального роторного двигателя в планетарным вращением главного рабочего органа была теоретически описана и прочерчена на бумаге еще в конце 19-го и начале 20-го века. Но это всё были теоретические построения на бумаге и математическо-геометрические концепты. Построить действующий двигатель тогда никто не смог.
Вот, например патент от 1908 года, где изображен роторный циклоидный двигатель, «вывернутый наизнанку». Кстати эту конструкцию уже 20 лет как активно продвигают в Америке эмигранты из СССР в США – Николай Школьник с сыном, выдавая давно забытый чертеж из старого американского патента за своё «великое изобретение».
Смотри на эту тему кучу восторженных статей на разных порталах и роликов на Ю-Тьюб о «Двигателе Школьника».
Надо сказать, что в начале 20-го века изобретателей роторного ДВС вдохновляли конструкции паровых роторных двигателей. С 80-х годов 19 века несколько типов роторных двигателей на паровых машинах успешно эксплуатировались и применялись в основном на паровых судах.
Но вернемся к двигателю Ванкеля. В середине 50-х годов немецкая автомобильная фирма NSU решила попробовать создать коммерчески эффективный роторный двигатель внутреннего сгорания. Из всего возможного многообразия роторных схем была выбрана схема циклоидального двигателя. Группу инженеров – проектировщиков и техников- макетчиков возглавил Вальтер Фройде. Они несколько лет потратили на работу, но результата не было. Ясно было только одно- самая трудная проблема в таком двигателе- это система уплотнений. Рабочая камера двигателя, и ротор который вращался в этой камере, были очень сложной формы, и сделать для них уплотнения было крайне непростым делом. И вот тогда они привлекли к работам Феликса Ванкеля, который был известным авторитетом в создании уплотнений для разных клапанов и прочих тех устройств. Феликс Ванкель никогда не имел законченного высшего образования, но имел хорошее техническое чутье и опыт механика. В предвоенные и военные годы он работал в разных фирмах и инженерных группах гитлеровской Германии по созданию уплотнений для военно — морской и авиационной техники. Вот именно Феликс Ванкель и сумел создать уплотнения между «треугольным» ротором и камерой в виде непростого варианта циклоидальной кривой — эпитрохоиды. Первый двигатель был вообще очень экзотическим- треугольный ротор вращался на неподвижном валу, а вокруг него по планетарной траектории вращался корпус роторной секции. Схема похожа на ротативые поршневые авиамоторы типа «Гном» времен Первой мировой войны
Но такая схема оказалось сложной в эксплуатации и в изготовлении, тогда через год экспериментов группа Фройде – Ванкеля пришла к созданию схемы известной сегодня как «Двигатель Ванкеля». Интересно – что все патенты на разные вариации роторного циклоидального двигателя выдавались на группу авторов, среди которых был и В.Фройде и Ф. Ванкель.
Итак – у этого роторного двигателя были взлет массового интереса и великих надежд 60-х годов, и отрезвление 70-х, и упорная работа по доведению мелких, но важных технологических и конструкционных подробностей 80-х и 90-х. В итоге – что мы имеем сегодня, в середине 2023 года в роторной области? Самый упорный адепт роторной тематики – японская авто-фирма Мазда прекратила выпуск авто с роторными двигателями еще в 2011 году и время от времени лишь обещает вернуться к роторной тематике. Но пока это лишь обещания. Второй массовый производитель авто с РПД- советский и российский АвтоВАЗ прекратил выпуск таких моторов еще в конце 90-х годов.
На данный момент небольшими сериями в Германии и Англии три невеликие фирмы выпускают малые односекционные моторы в основном для нужд малой авиации. Но при этом копию английского моторчика объемом 210 куб см. и мощностью в 38 л.с. скопировали китайцы и начали его активно производить большими сериями. Эти моторы активно продаются на Али Бабе. Цена – от 3 до 5 тыс долларов. Сейчас правда цена (из-за огромного спроса на них) поднялась до 30 тыс долларов, и спрос на них только нарастает. Так же в Иране построен завод, который выпускает клоны таких китайских моторов. Численное производство таких моторов не известно. Но известно эти моторы ставятся на самолет — снаряд Шахед 131 ( Shahed-131), в российском обозначении, это Герань-1. Кстати – прародитель китайского и иранского мотора- британский моторчик от фирмы UAVengine ставится на израильский самолет- снаряд Хароп (IAI Harop). И этот самолет снаряд активно используется в разных вооруженных конфликтах, например –в войне Азербайджана и Армении из-за Нагорного Карабаха.
Вот что мы имеем на роторном фронте сегодня.
Итак- давайте задумаемся, что за достоинства и недостатки привели к такой ситуации что, хотя роторные моторы уже ни используются в массовом автомобилестроении, , но продолжают производится и использоваться малыми и средними партиями.
Итак, достоинства:
— высокая удельная мощность (малый вес) моторов;
— вращательное (планетарное) вращение ротора и отсутствие возвратно- поступательных движений и знако-переменных нагрузок:
— следствие второго достоинства- крайне небольшие вибрации двигателя;
— малое количество деталей и малый размер двигателя;
— отсутствие необходимости делать клапанные системы для работы мотора;
— высокие обороты работы роторного двигателя (номинал- 8 – 9 тыс об/мин, возможно до 12 тыс об/мин);
Теперь недостатки:
— повышенный удельный расход топлива по сравнению с с 4-х тактными поршневыми двигателями;
— потребность подавать масло в камеру сгорания, т.е. высокий расход масла и грязный выхлоп;
— невысокий ресурс по сравнению с 4-х тактными поршневыми двигателями;
— малый крутящий момент на малых оборотах;
В конце статьи зададимся вопросом- а можно ли сохранить достоинства и уменьшить недостатки, чтобы роторные двигатели вновь получили новый импульс для своего развития и массового применения.
Ответ- можно, и анализ этих возможностей мы как раз и проведем применительно к самому массовому двигателю в истории техники – к циклоидальному роторному двигателю с планетарным вращением главного рабочего органа- к двигателю от японского автомобиля Мазда RХ-8.
Продолжение темы развитие и совершенствование схемы роторного двигателя- читайте в следующих статьях
Следующая статья: ст 2. ОСНОВНОЙ НЕДОСТАТОК РПД ВАНКЕЛЯ