• Главная
• Новости
• LifeФорум
• Контакты
• О проекте

Роторный двигатель Мазда (Mazda)

Автор: Илья Ляпустин. 04.02.2013

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель компании Мазда, работающий на водороде.
Фото: mazda.

Не буду вдаваться в историю глубоко и просто скажу, что принцип работы роторного двигателя разработал товарищ Феликс Ванкель в 1957 году. Впоследствии многие организации взялись за разработки принципиально нового роторного двигателя, но встретившись с серьезными сложностями в реализации этого двигателя, многие компании отказались от работы с роторными двигателями. И лишь компания Мазда «вцепилась зубами» за идею воплощения роторного двигателя в своих автомобилях. На сегодняшний день компания Мазда является единственным производителем автомобилей серийного производства с роторными двигателями.

Конструкция роторного двигателя принципиально отличается от конструкции привычного нам ДВС. Основные тяговые элементы и конструкция камеры совсем не похожи на обычный поршневой двигатель. Но есть и много сходств. Например, в роторном двигателе используется тот же принцип сгорания топлива (в основном бензин). Системы подачи топлива и выпуска отработавших газов очень схожи с обычным бензиновым двигателем.

Получается смысл такой же. Так же попадает топливо в цилиндр, так же сжимается, поджигается, горит, расширяется и толкает поршень только деталями другой формы. Зачем тогда компании Мазда вкладывать столько сил, времени и денег в развитие двигателя который не признает не один концерн кроме нее? Ответ кроется в преимуществах роторного двигателя Мазда перед обычным ДВС.

Принцип работы роторного двигателя.

Рисунок 1. Основные части роторного двигателя - ротор на валу и корпус (статор). Ротор неподвижно закреплен на эксцентриковом валу и при вращении описывает форму "капсулы", а не круга, так как насажен на вал не по центру.
Фото: Autogurnal.

Не вдаваясь в технические подробности, рассмотрим на схемах принцип работы и увидим все вытекающие преимущества и недостатки роторного двигателя Мазда. Во-первых, нужно полностью забыть конструкцию обычного ДВС, если вы ее себе представляли, если нет, то просто вникаем. Во-вторых, рассмотрим основные части роторного двигателя. Роторный двигатель от того и назван роторным, что в его основе находится вращающийся ротор. Ротор (см. рисунок 1) – основная часть роторного двигателя, от которой передается мощность на сцепление и коробку передач. А если по-простому, ротор – это та часть роторного двигателя, которую толкает сгоревшее топливо, а она уже передает вращение на колеса через трансмиссию (сцепление + коробка передач). Ротор выполнен из легированной стали в форме объемного треугольника, который жестко закреплен на валу. Ротор вращается в полости, она же корпус роторного двигателя (статор), которая выполнена в форме капсулы (см. рисунок 1). В этой полости и происходят все 4 процесса привычные для обычного ДВС – впрыск топлива и воздуха, сжатие этой смеси, воспламенение и толкание ротора, выпуск сгоревших газов.

Теперь рассмотрим, как движется ротор в корпусе и что там происходит. Для начала нужно отметить, что ротор закреплен на валу-эксцентрике. Что это значит? А значит, что ротор не вращается вокруг одной оси, а бегает вокруг нее. На схеме будет понятнее. Принцип работы роторного двигателя заключается в том, что ротор создает вокруг себя полости изолированные друг от друга, в каждой из которых происходит свое действие. Поскольку наш ротор треугольный, полости получается три. Сейчас посмотрим, как ротор проходит один полный цикл. Все начинается с полости всасывания. В ней происходит наполнение камеры кислородом и топливом и их перемешивание. Затем ротор, вращаясь, толкает эту смесь в следующую камеру, одновременно сжимая смесь. Затем сжатая смесь воспламеняется с помощью двух свечей. Смесь расширяется, толкая поршень дальше по кругу. И смесь оказывается уже в следующей полости, где происходит выталкивание остатков от не сгоревшего топлива в выпускную трубу.

Вот и весь полный цикл работы роторного двигателя Мазда. Но мы рассмотрели, что происходит только с одной стороны ротора, вот в этом и суть. Дело в том, что эти процессы происходят непрерывно сразу с трех сторон ротора. Если проследить за точкой на валу ротора, то получается, что за один оборот в ротором двигателе происходит сразу 3 так называемых такта (всасывание, сжатие, воспламенение). В то время как в обычном ДВС за один оборот двигателя происходит только один из тактов. А если еще учесть то факт, что современные роторные двигатели, которые производит компания Мазда имеют 2 или 3 ротора, то преимущество в производительности такого двигателя по сравнению с обычным ДВС на лицо. Для сравнения, стандартный 2-х роторный двигатель Мазда сравним по производительности с обычным 6-ти цилиндровым двигателем, а 3-х роторный – с 12-ти цилиндровым. Вот мы и ответили на вопрос почему компания Мазда не оставила идею воплощения роторного двигателя в своих автомобилях. Все дело в производительности. Но это не единственное преимущество роторного двигателя Мазда. Вы обратили внимание, что в конструкции присутствует 2 основных элемента, ротор и статор (корпус с полостью) – проще не придумать. По статистике в роторном двигателе используется на 1000 деталей меньше, чем в обычном ДВС. К тому же в роторном двигателе Мазда уровень вибрации намного ниже, чем в обычном ДВС. Этот происходит от того, что в роторном двигателе нет возвратно-поступательных движений поршня, а просто вращение ротора. И ротора как правило 2, так что в добавок еще и они уравновешивают друг друга. Роторные двигатели очень приемистые на маленьких оборотах, это достигается как раз тем моментом, что в двигателе происходит за оборот сразу 3 такта. Да и диапазон оборотов намного выше, чем у простого бензинового двигателя. Роторный двигатель Мазда может без особого напряжения и износа для себя развить скорость 100 км/ч в пределах одной передачи, в диапазоне до 8000 об/мин и более. Нельзя не заметить, что роторный двигатель более компактный и легкий. Это позволяет снизить общую массу автомобиля и выполнить более эффективную "развесовку" агрегатов.

Не все так сказочно на первый взгляд, есть причины, почему другие мировые гиганты не используют эту технологию. Роторный двигатель требует большой точности в своей работе. Полости, которые перекрывает ротор должны быть герметичны друг от друга, сохранять это качество очень сложно. Для этого используются дорогостоящие материалы и обслуживание этого двигателя должно выполняться чаще и профессиональнее. Если не выполнять обслуживание точно в срок то двигатель быстро выходит из строя. Например, если вовремя не поменять масло, то на статоре образуется необратимый износ и двигатель восстановить уже будет сложно и дорого. Стоимость такого двигателя при простоте конструкции не малая из-за использования дорогостоящих материалов. Эти причины возможно и не позволяют другим мировым авто гигантам использовать роторный двигатель в своих серийных автомобилях.

Современные автомобили Мазда с роторным двигателем.

Новое поколение роторного двигателя - RENESIS 16X. Фото: Autogurnal.

Уже на протяжении многих лет символом роторного двигателя является автомобиль Мазда RX8 (Mazda RX8). В 2008 году продажи этого автомобиля в Европе прекратились из-за того, что выбросы двигателя этого автомобиля не соответствовали стандарту Евро 5, а только лишь Евро 4. Да и расход топлива старого ротора был не мал (мог достигать 20 литров на 100 км при определенных режимах езды). Но компания Мазда в очередной раз приготовила сюрприз ее клиентам и создала роторный двигатель нового поколения Renesis 16X. Этот роторный двигатель решил все вопросы, которые волновали европейцев. Во-первых, объем двигателя увеличился до 1,6 литра по сравнению со старым ротором 1,3. Мощность этого двигателя достигает 350 л.с. при 8500 об/мин. Во-вторых, изменениям подверглась система впрыска топлива, теперь впрыск топлива осуществляется непосредственно во всасывающую полость и во впускном коллекторе. Этот момент позволяет наиболее точно скорректировать количество топлива при разных режимах езды. Что позволило существенно увеличить экономию топлива. В-третьих, корпус-статор нового роторного двигателя выполнен из новейшего легкого сплава алюминия.

Новое поколение Mazda RX-8 Hydrogen RE - автомобиль, работающий на бензине и водороде. Фото: Autogurnal.

Компания Мазда подготовила еще один сюрприз для любителей окружающей среды и выпустила двигатель с нулевым выбросом CO2 и минимальным выбросом NO2. Этот роторный двигатель установили на обновленную Мазда RX8 Hydrogen RE. Сюрприз заключается в том, что этот новый роторный двигатель работает не только на бензине, но и на водороде. Эра водородных двигателей уже началась, а роторный двигатель даже не требует изменения конструкции для работы на водороде. Использовать водород на простых двигателях невозможно из-за низкой температуры воспламенения водорода, он без контрольно воспламеняется от сильно нагретых деталей двигателя. Использование водорода в роторных двигателях возможно и удобно, по причине того, что всасывание и воспламенение водорода происходят в разных полостях, что позволяет впрыскивать водород в не нагретый отсек. Этот двигатель может работать как на бензине, так и на водороде, причем переключаться можно на ходу. Запас хода на водороде 100 км, на бензине при 61 литровом баке 541 км. Водородный бак занял весь багажник, что не очень удобно. При работе на водороде образуется только вода. Пока этот автомобиль проходит испытания и только сдается в аренду местному правительству и предприятиям на территории Японии.

Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid - единственный автомобиль в мире, сочетающий водородный роторный двигатель и электрическую гибридную установку. Фото: Mazda.

Но самой последней разработкой компании Мазда стал автомобиль Mazda Premacy Hydrogen RE Hybrid. Этот автомобиль напичкали всем, что изобрели. Он сочетает в себе бензиново-водородный двигатель и гибридной электрической установкой. Эта силовая установка состоит из роторного двигателя, электроконвертера, генератора и электродвигателя. Смысл работы этой установки в том, что роторному двигателю, работающему на бензине или водороде помогает еще и электродвигатель мощностью 110kW. Этот автомобиль так же сдается в аренду на территории Японии местному правительству или частным компаниям для своих нужд. Вот и все что я хотел рассказать вам о роторных двигателях Мазда, надеюсь, все было понятно, о новинках будем следить и рассказывать в следующих статьях.