В обычном поршневом двигателе находящиеся в цилиндрах поршни совершают возвратно-поступательные движения, энергия которых посредством механизма, состоящего из коленчатого вала и шатунов, превращается в энергию вращения.
В роторном двигателе эти элементы отсутствуют. Внутри всего лишь одного цилиндра со стенками особого профиля вращается ротор, выполненный в форме треугольника, грани которого тоже имеют специальную форму. Между гранями ротора и внутренней стенкой цилиндра образуются три полости, герметически отделённые друг от друга вершинами треугольного ротора. При вращении этого треугольника каждая полость движется вместе с ним, и во время этого путешествия с ней происходят все стадии цикла внутреннего сгорания. Когда полость проходит зону впускного клапана, в неё набирается воздушно-топливная смесь. Далее доступ к этому клапану теряется, и в следующей зоне происходит сжатие, а затем и воспламенение от свечей. От воспламенения в полости происходит резкий скачок давления, который сообщает поршню крутящий момент, заставляющий его вращаться дальше. А дальше полость покидает зону свечей и проходит зону выпускного клапана, через который происходит выброс отработавшей горючей смеси. После этого полость теряет доступ к выпускному клапану и опять попадает в зону впускного клапана, и всё повторяется снова.
Такой двигатель имеет много преимуществ перед обычным поршневым двигателем. Во-первых, здесь гораздо меньше движущихся деталей (отсутствуют газораспределительный механизм, шатуны, коленчатый вал и т. д. ). Во-вторых, во время всего лишь одного оборота ротора (трёх полостей) одновременно выполняются все стадии цикла внутреннего сгорания, что примерно то же самое, что одновременная работа шести цилиндров обычного поршневого двигателя. В-третьих, отсутствуют возвратно-поступательные движения поршней, создающие вибрацию.
Результат — маленькие размеры, маленький объём и маленький вес по сравнению с обычным поршневым двигателем одинаковой мощности (другими словами — высокая удельная мощность), а также способность без напряжения выдерживать гораздо более высокие обороты.
Небольшие размеры и масса дают больше свободы в выборе дизайна автомобиля, как с точки зрения простора для водителя и пассажиров, так и с точки зрения аэродинамики. Устойчивость к воздействию высоких оборотов позволяет автомобилю с таким двигателем очень быстро разгоняться до высокой скорости на низкой передаче.
При всех своих достоинствах и кажущейся простоте устройства, такой двигатель обладает существенными недостатками.
Один из них — склонность к перегреву. Линзовидная форма полости, в которой происходит сгорание воздушно-топливной смеси, имеет большую площадь контакта горючей смеси с её стенками, из-за чего происходит большая теплоотдача по сравнению с камерами сгорания обычного поршневого двигателя, цилиндрическая форма которых с этой точки зрения является идеальной.
Ещё одна проблема — это высокие требования к состоянию уплотнителей, которые расположены на концах треугольного ротора и обеспечивают герметичность полостей, отделяя их друг от друга. Уплотнители находятся в постоянном движении, имеют очень маленькую площадь (пятно) контакта со стенкой цилиндра и испытывают воздействие очень высоких перепадов давления. Если они теряют свои свойства, между полостями возникают утечки, из-за которых резко падает коэффициент полезного действия двигателя и возрастает токсичность выхлопа. Правильная эксплуатация такого двигателя подразумевает регулярную замену этих уплотнителей, что является, по сути, частью капитального ремонта.
Ещё один недостаток имеет место из-за особенности формы ротора, которая не позволяет передать его вращение на выходной вал двигателя напрямую. Это вращение передаётся через особый эксцентриковый механизм, в котором рабочие поверхности трутся друг о друга с сильным давлением, что в сочетании со склонностью двигателя к перегреву порождает высокие требования к свойствам масла двигателя. Недостаточные свойства масла могут привести к возникновению необратимых процессов и полному выходу двигателя из строя. Даже замена какого-либо элемента роторно-поршневого двигателя является проблематичной, так как обратной стороной простоты его устройства являются очень высокие требования к свойствам материалов и степени точности изготовления и обработки деталей, что сказывается на их себестоимости.
Идея роторного двигателя принадлежит германскому инженеру Феликсу Ванкелю. Первые двигатели были разработаны в 1950-х годах. После этого многие европейские и американские производители автомобилей прилагали большие усилия для усовершенствования таких двигателей и адаптации их к серийным автомобилям. Нашли они применение и в других областях техники, особенно в авиации. Разработчикам автомобильных роторных двигателей приходилось трудиться над решением двух основных проблем: плохая экономичность и высокая токсичность выхлопа. Многие работы были прерваны нефтяным кризисом 1973 года. Наибольших успехов в этой области достигла японская Mazda.
Первым серийным автомобилем Mazda с роторным двигателем стал появившийся в 1967 году Cosmo (1967–1995), спортивное 2-дверное купе. Установленный на нём двигатель имел 2 ротора. Позднее Mazda расширила применение таких двигателей в своих моделях, включая автобусы и пикапы. После скачка цен на топливо из-за нефтяного кризиса 1973 года Mazda продолжила использование таких двигателей только на некоторых спортивных моделях: RX-2 (создана на базе Capella, 1970–1978 годы), RX-3 (создана на базе Familia, название на японском рынке — Savanna, 1971–1978 годы), RX-4 (название на японском рынке — Luce Rotary, 1972–1977 годы), RX-7 (название на японском рынке — Savanna, 1978–2002 годы).
В 1991 году появился Eunos Cosmo с двигателем, который имел 3 ротора (Eunos — один из брендов Mazda, обозначавший на рынке сегмент роскошных автомобилей, аналогично нынешнему Lexus от Toyota).
В 2003 году появился RX-8 с новым роторным двигателем Renesis, который отличается от предшественников тем, что впускные и выпускные клапаны здесь находятся не на периферии движения ротора, а на боковых сторонах цилиндра. Это позволило увеличить размер клапанов, улучшить продув полостей и ещё больше увеличить мощность. Такое расположение клапанов встречалось на первых роторных двигателях, но от него отказались из-за отложений углерода в клапанах и на боковой стороне ротора. Разработчикам Renesis эту проблему удалось решить. Автомобиль Mazda RX-8 выпускается и в настоящее время.
Для автомобилей с роторным двигателем наилучшим образом подходят добавки в масло двигателя Mr. ION и Super Frontier Engine.
Вы находитесь в разделе Инфо-кафе. Здесь можно не спеша, имея немного свободного времени, почерпнуть или освежить в памяти сведения, которые окажутся полезными для правильного применения добавок и лучшего понимания изложенной в других разделах сайта информации.
