Геннадий холодный роторный двигатель

Безумцы или гении: провалы и прорывы современных российских изобретателей

Про таких говорят «Кулибин» – по фамилии знаменитого российского изобретателя Ивана Кулибина. Чудаки, придумывающие безумные механизмы, на Руси и в СССР были всегда. Мы собрали изобретения нескольких из них и выяснили, что «кулибинщина» бывает разная.

В ынужден признаться сразу: этот материал задумывался как стопроцентно развлекательный, как повод в очередной раз подивиться на странные самоделки и тех, кто их изобретает. Но в процессе подготовки выяснилась пара интересных деталей. Мы решили поговорить не просто о самодельных авто (это отдельная тема), а о чем-то большем – всегда интересно, когда человек посягает на сами принципы устройства автомобиля. Мы все, как правило, считаем, что изобрести что-то новое в этой области очень сложно – и уж во всяком случае, невозможно сделать это в собственном гараже или комнате «хрущёвки». Мы свыклись с мыслью, что время изобретателей-одиночек осталось где-то в первой половине XX века. Но возможно, мы ошибаемся.

Изобретатель колеса

Начнём с якобы изобретённой технологии езды на спущенном колесе. Современных «кулибиных» очень любит телевидение – сюжеты о них с завидной регулярностью появляются и на региональных, и даже на центральных каналах. Своя минута славы выпала на долю Алексея Мишина из Екатеринбурга – в 2012 году его «изобретение» попало в эфир «Россия 2».

Телевизионщики, если это не специализированные автомобильные каналы, как правило, не слишком разбираются в автомобиле и транспортных технологиях вообще, и это был один из тех случаев, когда они пали жертвой своего неведения. Как, видимо, и сам изобретатель. В сюжете его «ноу-хау» противопоставляют технологии Runflat, но ничего не говорят о прочих экспериментах с различными вариантами усиления шин, ведущихся едва ли не с начала прошлого века – скажем, о мишленовской «бронированной» шине PAX-System. Помимо отсутствия явной новизны «изобретение» екатеринбуржца сложно разбирается и собирается, сложно балансируется и по сравнению с обычным колесом имеет огромный вес.

«Новый вид автомобильного топлива – вода обыкновенная»

Именно так решил назвать следующее видео его автор – и, разумеется, собрал немало просмотров. Надо заметить, что автор этого изобретения — не из России, но обделить его вниманием мы просто не могли. В кадре – таксист Тарас из Луцка, который «придумал», как использовать воду в работе ДВС. Однако через какое-то время после начала просмотра выясняется, что вода используется не как топливо, а как дополнение к нему, уж простите за спойлер. Тарас перешёл на низкооктановый бензин («залейте сюда 95-й – получится реактивное топливо, прогорят поршни») и утверждает, что расход топлива, если смешивать его с водой, значительно сокращается… Впрочем, по бортовому компьютеру это не особо заметно.

Полная ли это чушь? Совсем нет: еще в годы Второй мировой войны на некоторых самолётах и танках США и Германии применялись двигатели, в цилиндры которых в максимально распылённом виде подавалась вода. Мгновенно вскипая и превращаясь в пар, она давала прибавку к силе, действующей на поршень.

Не новинка это и для «кулибиных» – в СССР с этим охотно экспериментировали двигателисты-самодельщики. Грамотно впрыскивать воду – технически сложная задача, и исследования по ней ведутся до сих пор. И отнюдь не только Тарасом из Луцка.

Двигатель без клапанных пружин

Началось всё с видео, снятого самими авторами изобретения. Видео, вероятно, увидели телевизионщики, за чем последовал очередной сюжет, наделавший немало шума в автомобильном сообществе. Шум получился разный – от удивленных возгласов до гомерического хохота. Умельцы из Торбеево (Мордовия) исключили из ГРМ клапанные пружины, возложив функцию возвращения клапана в седло на магнитный кулачок распредвала. На какое-то время сюжет может заставить вас даже всерьёз задуматься, пока один из изобретателей не произносит фразу… Впрочем, смотрите сами.

Можно и 1 000 «лошадей» снять, но, действительно, зачем. Если взглянуть на историю эволюции ГРМ, то видно, что классическую клапанную пружину пытались заменить (и в ряде случаев успешно заменили) множеством разных механизмов – тут и вставленные одна в другую несколько пружин, и знаменитый десмодромный привод Ducati, и пневматические толкатели Формулы-1… Как говорится, сложно, но можно.

Эксперименты с магнитами тоже были, но к настоящему времени прекратились – с ростом температуры магнитные свойства ослабевают, да и на высоких оборотах магнитные кулачки не слишком хорошо возвращают клапаны, а кроме того, такой механизм сложно разбирать и собирать, продукты износа магнитятся к рабочей поверхности… и так далее.

Двигатель, собранный в Торбееве, действительно может иметь сниженное трение в ГРМ, но проверку длительными пробегами, высокими оборотами и температурами едва ли пройдёт. А уж идея снимать ЭДС посредством установки катушек над магнитами, чтобы отказаться от классического генератора, выглядит и вовсе утопически – очень вероятно, что кулачки просто перестанут должным образом магнититься и выполнять свою прямую функцию.

Роторный двигатель за зависть Мазде

На этот раз тему прорывных автомобильных технологий взялся освещать телеканал «Россия 1», предварив сюжет хлёстким комментарием: «Дело жизни – под капот Мазды». Из видеоряда следует, что ростовский изобретатель, пенсионер Геннадий Холодный, за 10 лет придумал новый тип роторного двигателя: «Нету перегрузок, нету трения, ничего не изнашивается», — описывает своё творение Холодный.

Компактность, малый вес, более чем тройная экономия топлива, высокая мощность (на собранном образце заявлено 240 л.с) – и, к сожалению, никакой конкретики по конструкции. Этому можно найти объяснение: российский патент уже получен, но шпионы-то не дремлют. По словам автора, к нему с целью приобретения технологии уже обращались из Японии и Китая.

Этот случай выделяется из ряда приведённых выше «изобретений» — в целом, ничего фантастичного или откровенно шарлатанского здесь, в первом приближении, не просматривается, и можно допустить, что изобретение ростовчанина имеет шансы хотя бы частично оказаться дельным. В конце концов, над вариациями роторных двигателей инженеры бьются не одно десятилетие – одних только роторно-лопастных (РЛД) вариантов существует около десятка. РЛД прочили и на печально известный Ё-мобиль, да только вот забывали сказать, что работоспособных образцов изобретателям РЛД во всех его модификациях удалось собрать всего по нескольку штук (иным не удалось и этого): проблем, не учтённых в теории и вылезших на практике, как правило, оказывалось слишком много.

Двигатель Ибадуллаева

Именно под таким названием эта конструкция известна теперь. И в отличие от всех вышеперечисленных, она действительно уникальна и действительно работает. Хотя фон вокруг неё был точно такой же, как и во всех остальных случаях: первые упоминания в сети, сюжет на крупном канале – в этот раз репорт организовал НТВ. Но волны критики не последовало, а последовали обзоры и доклады, как с точки зрения термодинамики, так и с точки зрения работы 4-тактного ДВС, на тему с условным названием «почему именно конструкция Ибадуллаева работоспособна». Гаджи Ибадуллаев из Махачкалы поднял компрессию в цилиндрах 8-клапанного двигателя своей «десятки» до 22 (вместо обычных 9,9) и получил увеличение КПД до 65%. Это то, что рассказывается нам в сюжете. Но… как?!

Дело в том, что помимо возросшей компрессии – для чего изобретатель уменьшил камеру сгорания практически вдвое – контроллер двигателя Ибадуллаева хитро играет с углом опережения зажигания. Вспоминаем теорию ДВС: этот угол нужен, чтобы воспламенять смесь не в ВМТ, а чуть раньше – иначе часть топлива не сгорит от искры, а взорвётся от сжатия, и возникнет детонация. Чтобы её избежать, можно делать зажигание и поздним (поджигать смесь после ВМТ), но отдача обычного двигателя при позднем зажигании хуже, чем при раннем, и поэтому традиционно с ростом оборотов зажигание становится всё более ранним. Но Ибадуллаев посчитал, что если двигатель имеет высокую степень сжатия и работает на высоких оборотах, позднее зажигание позволяет передать на маховик большую мощность, нежели раннее зажигание на двигателях с низкой (обычной) степенью сжатия.

На низких оборотах в двигателе Ибадуллаева, как и в обычном моторе, применяется раннее зажигание, с ростом оборотов становясь всё более ранним, но по мере открытия дроссельной заслонки наступает такой момент, когда угол опережения увеличивать больше нельзя (если почти всё топливо горит на впуске, оно тормозит поршень на пути к ВМТ), и тут зажигание становится поздним! Ибадуллаев в своей работе (некоторое время назад её можно было найти в Сети) углы опережения/запаздывания зажигания на разных оборотах не приводит (и это понятно), но более-менее удачные эксперименты по запросу «двигатель Ибадуллаева» уже реализованы и опубликованы.

Для успеха исследователю этой темы нужна сбалансированная работа следующих элементов: расходомер (датчик расхода воздуха), датчик поворота коленвала и ЭБУ двигателя с модернизированной прошивкой, которая позволяла бы в определённый момент делать зажигание поздним. Сложно рассказать 180-страничный труд в паре абзацев, но суть можно свести к следующему: Ибадуллаев не просто поднял давление в цилиндрах, а научился удерживать его на высоком уровне после прохождения поршнем ВМТ, в то время как в обычном двигателе давление в цилиндре спадает резко, сразу после начала движения поршня вниз. В результате возникновения этой «полки» поршень на рабочем ходе оказывает серьёзное давление на рычаг коленвала ровно в тот момент, когда последний имеет наибольшую длину, и потому обеспечивает наибольший КПД.

Что дальше?

К сожалению, в последние годы скромный мужчина из Махачкалы Гаджи Ибадуллаев исчез и с объективов камер, и с просторов Интернета – даже с его официального веб-адреса пользователя теперь перекидывает на «левый» сайт о туризме. Создаётся впечатление, что детище Ибадуллаева теперь развивают исключительно добровольные последователи-энтузиасты. Не исключено, что технических проблем с этим двигателем немало, однако вот же он, на видео – автомобиль, в двигателе которого реализован новаторский принцип. Ездит, удивляет немного странным звуком работы мотора, обгоняет мощные джипы и здорово экономит топливо. Мы обещаем вернуться к этой теме.

Так было, и так будет всегда: любое общественно важное явление, будь то область искусства или технического прогресса, всегда обрастает кучей шарлатанов, жуликов и сумасшедших, жадных до популярности. Но настоящие гении всё ещё есть. Гении, соединяющие пару простых, давно известных вещей, чтобы получить что-то совершенно новое. Собрать автомобиль будущего в гараже сложно, но кто сказал, что теперь это стало невозможным?

Читать еще: Что такое золотник в двигателе

40 килограммовый двигатель развивает 240 лошадиных сил, с в 4 раза меньшим расходом топлива.

Пламенный мотор ни к чему нашему Титанику.

Он изобретатель. Всю жизнь изобретает для своей Родины полезные вещи, которые могли бы двинуть экономику, если их внедрить в производство. А на выходе получается, что современной России вообще не нужны технические изобретения.
Даже такие, как сверхэкономичный, сверхкомпактный и сверхмощный двигатель внутреннего сгорания.

Роторный двигатель оригинальной конструкции Геннадия Холодного запатентован должным образом и официально признан изобретением. О необычных свойствах двигателя может судить даже дилетант в технике. При весе менее 40 килограммов, двигатель развивает мощность в 240 лошадиных сил. Он «питается» обычным бензином, и потребляет всего 50 граммов топлива в час, из расчета на одну лошадиную силу. Среднее потребление обычного двигателя современного автомобиля — около 200 граммов.

Коэффициент полезного действия впечатляет! По мощности это примерно восьмицилиндровый двигатель объемом четыре литра. При этом движок Геннадия Холодного весьма компактен: он в 4-5 раз меньше по габаритам, чем обычный двигатель марки ЯМЗ.

Идею двигателя внутреннего сгорания повышенного давления Геннадий Холодный опубликовал еще в 1977 году, в популярном тогда журнале «Техника — молодежи», под рубрикой «Патенты со всего света». Она еще тогда вызвала положительные заключения специалистов. С годами концепция менялась, совершенствуясь. Были вихревой, роторный, кривошипно-детонационный, газотурбинный двигатели. Последняя, выверенная до мелочей модель называется «кривошипно-веерный двигатель непрерывного горения». В своей домашней мастерской Геннадий Константинович вместе со своим помощником, тоже изобретателем Олегом Шагиняном изготовил опытную модель. Сейчас проводятся ее испытания на стенде. По словам изобретателей, результаты обнадеживающие.

Стенд в мастерской, на котором испытывается двигатель

Необходимый эффект достигается за счет применения принципа непрерывного горения топлива внутри двигателя. Рабочий цикл все тот же, четырехтактный: всасывание топливо-воздушной смеси, сжатие, рабочий ход, выхлоп. Лопасти, что закреплены внутри на вращающемся роторе, изменяют объем камеры, увеличивая скорость вращения.

Изобретатели разработали два типа двигателей: «тяговитый», который предназначен для сельхозтехники других рабочих машин, а также «оборотистый», с повышенным крутящим моментом. Его можно использовать в авиации или в спортивной технике: гоночных автомобилях, на скутерах. На оба мотора уже получены патенты.

Сильной стороной своего изобретения Г.К. Холодный считает экономичность. К примеру, такой движок может обеспечить работу маленькой электростанции мощностью в десять киловатт, потребляя всего литр топлива в час. Он очень бы пригодился вдали от источников электроэнергии, там где приходится экономить горючку.
Или мини-земснаряд для очистки дренажных каналов, малых рек и проток. Мощная помпа потребляет столь же малое количество бензина, давая на выходе впечатляющую мощность.

Двигатели Геннадия Холодного:

«оборотистый»

«тяговитый» (для представления о габаритах рядом сигаретная пачка)

Интерес к моторам Холодного поначалу проявил Азовский оптико-механический завод. В середине 90-х там были готовы освоить серийный выпуск двигателя, но все же предпочли заняться лицензионной сборкой японских швейных машин.

Приезжали в Ростов конструкторы известного «ё-мобиля», или «концепт-кара для бедных», который разрабатывается под эгидой предпринимателя Михаила Прохорова. Они смотрели двигатель, хвалили разработчика, но дальше дело не пошло. На «ё-мобиль» поставили гибридный мотор (спаренный с электрогенератором) мощностью всего 60 лошадиных сил. Иметь 240 экономичных лошадей под капотом, как предлагал ростовчанин, для «ё-мобиля» оказалось ненужной роскошью.

Письмо в адрес ростовского изобретателя пришло от японской автомобильной компании «Мазда», которая стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторными двигателями. Но японцы также лишь обозначили свой интерес — и только.

Зато недюжинную настойчивость проявили китайцы. Пять раз(!) представители Поднебесной приезжали в Ростов, встречались с изобретателем, просили передать им права на этот двигатель. Но ростовчанин не спешит расставаться с любимым детищем. Во-первых, двигатель нуждается в практических испытаниях. Во-вторых, негативный опыт общения с китайцами остался у Холодного с 90-х годов, когда те хитростью выманили у него чертежи мини-трактора, быстро освоили его производство а потом стали поставлять этот же трактор нам в Россию, в том числе и в Ростов.

Геннадий Холодный считает, что его изобретение нужно России, хотя деловые люди не проявляют к нему интереса. Для большой аграрной страны иметь небольшую экономичную тягу для тракторов, грузовых автомобилей, катеров или электростанций, означает большой экономический эффект и решение многих проблем. Изобретатель пока работает над своими моторами, доводя их до совершенства. И надеется на будущее.

Во дворе частного дома Геннадия Константиновича Холодного стоят его разработки: мини-грузовик «Хуторок», сконструированный для использования на селе, микроавтобус «Вихрь», несколько сеялок, катер с установкой для очистки неглубоких каналов и речных проток. Все эти вещи, в принципе необходимые народному хозяйству, построены в одном экземпляре, успешно испытаны, и. заняли свое место во дворе ростовского изобретателя.

Перспективные разработки Геннадия Холодного, построенные в единственном экземпляре и стоящие на его дворе:

Мини-грузовичок для села «Хуторок»

Мини-земснаряд, способный экономично чистить и углублять небольшие русла

Сеялка оригинальной конструкции

Возвращаясь к пророкам в своем отечестве. В 2010 году весь мир восторгался выходцами из России Геймом и Новоселовым, которые изобрели сверхтонкий материал графен. Он сулит огромные перспективы в самых разных отраслях науки и техники. Президент Медведев даже предложил ученым приехать поработать в Сколково, но они категорически отказались.

Я догадываюсь о причинах отказа. Изобрети Гейм и Новоселов этот графен здесь, в России, они бы до сих пор маялись с ним в своей лаборатории. При уничтоженном производстве Россию вообще не интересуют никакие изобретения. Напротив, от них лишь головная боль. Дешевле и проще все покупать в Китае, а прибыли получать от торговли газом и нефтью.

Вот так и с двигателями Холодного. Они наверняка пригодились бы китайцам. Но они не нужны на борту нашего Титаника. У нас и так все в порядке: мы идём ко дну.

Russian portal about alternative energy and eco technology

Пламенный мотор ни к чему нашему Титанику.

Все чаще убеждаюсь в поговорке что никто не пророк в своем отечестве.
В России вообще пророков нет. На тех, кто бескорыстно пытается что-то сделать для будущего этой страны, в лучшем случае смотрят как на чудаков.
В худшем — с подозрением или откровенной насмешкой.
С одним из таких пророков мне посчастливилось быть знакомым лично. Это Геннадий Константинович Холодный. Он изобретатель. Всю жизнь изобретает для своей Родины полезные вещи, которые могли бы двинуть экономику, если их внедрить в производство. А на выходе получается, что современной России вообще не нужны технические изобретения.
Даже такие, как сверхэкономичный, сверхкомпактный и сверхмощный двигатель внутреннего сгорания.

Идею двигателя внутреннего сгорания повышенного давления Геннадий Холодный опубликовал еще в 1977 году, в популярном тогда журнале «Техника — молодежи», под рубрикой «Патенты со всего света». Она еще тогда вызвала положительные заключения специалистов. С годами концепция менялась, совершенствуясь. Были вихревой, роторный, кривошипно-детонационный, газотурбинный двигатели. Последняя, выверенная до мелочей модель называется «кривошипно-веерный двигатель непрерывного горения». В своей домашней мастерской Геннадий Константинович вместе со своим помощником, тоже изобретателем Олегом Шагиняном изготовил опытную модель. Сейчас проводятся ее испытания на стенде. По словам изобретателей, результаты обнадеживающие.

Стенд в мастерской, на котором испытывается двигатель

Двигатели Геннадия Холодного:

«оборотистый»

«тяговитый» (для представления о габаритах рядом сигаретная пачка)

Читать еще: Автомобильный двигатель как электрогенератор

Перспективные разработки Геннадия Холодного, построенные в единственном экземпляре и стоящие на его дворе:

Мини-грузовичок для села «Хуторок»

Мини-земснаряд, способный экономично чистить и углублять небольшие русла

Сеялка оригинальной конструкции

Количество просмотров: 12107

Изобретатель
Холодный Геннадий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Не оправдавший надежды

Немецкая фирма NSU оставила заметный след в истории мирового автомобилестроения благодаря созданию роторно-поршневого двигателя. Это заслуга ее инженера Феликса Ванкеля, чье имя и получил данный очень интересный мотор (РПД Ванкеля).

Немецкий период

Необходимо сразу отметить, что роторно-поршневой двигатель – это целое направление в моторостроении. Придумано огромное количество их разнообразных конструкций. Однако единственным доведенным до серийного производства представителем племени, в котором функцию поршня выполняет вращающееся тело, является именно РПД Ванкеля. Феликс Ванкель получил патент на свое изобретение в 1957 году. Первый в мире серийный автомобиль с роторно-поршневым двигателем (заднемоторный NSU Spider) начали выпускать в 1964 году, в 1967-м запустили в производство переднеприводный NSU Ro 80, завоевавший титул «Автомобиль года». А затем. NSU сошла со сцены – ее «проглотил» Volkswagen. Однако на этом развитие РПД Ванкеля не прекратилось – дело продолжила японская Mazda, причем весьма успешно. О достижениях японской компании поговорим позднее, а пока рассмотрим устройство немецкой диковинки. Предложенный Ванкелем двигатель состоял из трех основных компонентов: корпуса (в литературе его также называли картером или статором), ротора и эксцентрикового вала. Отличительной особенностью данного РПД является выполненная по эпитрохоиде внутренняя поверхность корпуса и трехгранная форма ротора. К боковой крышке корпуса прикреплена шестерня, которая при работе двигателя остается неподвижной. Другая шестерня с внутренним зацеплением соединена с ротором. Отношение количества их зубьев равно 2 : 3. Ротор через подшипник надет на эксцентрик вала и при поворачивании вала совершает сложное движение – он вращается вокруг своей оси, а та, в свою очередь, описывает окружность вокруг оси вала. Такая конструкция двигателя обеспечивает постоянное прилегание граней ротора к внутренней поверхности корпуса. При этом образуются три полости, объем которых зависит от положения вала и при его вращении периодически меняется (то увеличивается, то уменьшается). Получается как у обычного поршневого мотора, что позволяет реализовать хорошо известный четырехтактный цикл, т.е. впуск, сжатие, сгорание-расширение и выпуск. Все четыре такта в одной полости (камере) осуществляются за один оборот ротора, а камер три. Но если учесть, что эксцентриковый вал вращается в 3 раза быстрее ротора, то на один оборот двигателя приходится один рабочий такт. Следовательно, однороторный РПД можно сопоставить с одноцилиндровым 2-такт-ным или 2-цилиндровым 4-тактным мотором. Нельзя не отметить и обстоятельство, связанное с определением литража двигателя. Рабочий объем одной полости равен разности между ее максимальным и минимальным объемами, и их отношение дает степень сжатия. В обычном четырехтактном одноцилиндровом моторе количество топливовоздушной смеси, равное рабочему объему цилиндра, сжигается за два оборота коленчатого вала, а РПД с одним ротором за те же два оборота «пропускает через себя» смеси в 2 раза больше. Отсюда при равном рабочем объеме мощность роторного двигателя получается в 2 раза больше. Чтобы уравнять моторы (для удобства сравнения их характеристик), придумали выражать рабочий объем РПД двойной величиной, что вроде бы разумно. Но тут возникла путаница, так как в обращении оказались обе эти величины. Поэтому надо понимать, о чем в каждом конкретном случае идет речь. В качестве примера рассмотрим «движок» NSU Spider. Рабочий объем его камеры равен 497,5 см3; степень сжатия 8,5; мощность 54 л.с. при 6000 об/мин. Такая мощность соответствует литровому бензиновому мотору тех лет, поэтому приведенный (эквивалентный) рабочий объем рассматриваемого РПД определяют в 995 см3. Кстати, а как собирать налоги в тех странах, где ориентируются на «кубатуру» двигателей? Может быть, начислять даже не в двойном, а в тройном размере по отношению к объему полости, так как их три? Но это так, курьез. Камера сгорания у двигателя Ванкеля имеет серпообразную форму, которая весьма далека от оптимальной с точки зрения тепловых потерь. А это предопределяет повышенное потребление топлива. Не все хорошо получается и с токсичностью отработавших газов. Много неприятностей разработчикам доставило уплотнение ротора – оно получалось сложным и не обеспечивало необходимой герметичности, а также быстро изнашивалось. Потребовала к себе повышенного внимания и свеча зажигания – в силу конструктивных особенностей она не охлаждалась свежей смесью, а посему часто отказывала. Значительным событием стало появление NSU Ro 80. Автомобиль создан с максимальным использованием достоинств РПД. 115-сильный двухроторный мотор (объем камеры каждого ротора остался как у Spider, а суммарный «литраж» удвоился; эксцентрики сдвинуты друг относительно друга на половину оборота вала) расположен в переднем свесе. В результате получился просторный салон. NSU Ro 80 разгоняется до 100 км/ч за 12,8 с; достигает скорости 180 км/ч; расход топлива составляет 11,2 л на 100 км пути. Подведем промежуточный итог. По сравнению с обычным поршневым мотором той же мощности двигатель Ванкеля получается компактнее и легче, но отличается повышенным аппетитом и имеет больше проблем с экологией. Он хорошо уравновешен, однако желательно увеличить надежность и долговечность. Все сказанное относится к раннему периоду развития РПД. В дальнейшем его параметры удалось значительно улучшить, но и «шевелящие поршнями» тоже не стояли на месте и значительно продвинулись и по экономичности, и по экологичности, и по степени форсирования. В итоге реальной конкуренции со стороны РПД Ванкеля так и не получилось.

Японская эра

Появление работоспособного роторного двигателя произвело сильное впечатление на мировую научно-техническую общественность. Многие фирмы закупили лицензии. РПД Ванкеля пытались применять в авиации, на водном транспорте, для газонокосилок, использовать в качестве стационарных для привода электрогенераторов и насосов. Для установки на мотоциклы создали роторные двигатели с воздушным охлаждением. Однако, несмотря на все усилия конструкторов, особого успеха эта деятельность не принесла. Хотя не обошлось и без исключения – Mazda, купив лицензию у немцев, внесла в двигатель собственные изменения и с 1967 года начала серийно комплектовать ими свою продукцию. Первым японским автомобилем с РПД стал двухместный спортивный Mazda Cosmo Sport (110S). Его 110-сильный двигатель (2 ротора, объем каждой камеры 491 см3) позволял достигать скорости 185 км/ч. За ним последовали другие. Выпуском роторных автомобилей фирма занималась более четырех десятилетий, причем в весьма приличных количествах. Большинство моделей могли комплектоваться как роторным, так и обычным моторами. К сожалению, при таком подходе теряется одно из главных достоинств РПД – его компактность. Зато увеличивается тираж, что благоприятно сказывается на цене. Среди роторных «японцев» были и более, и менее удачные модели. Значительным успехом стало создание в 1978 году Mazda Savanna RX-7. 2-роторный 130-сильный мотор разгонял 4-местный автомобиль до 180 км/ч. Специалисты фирмы постоянно занимались совершенствованием конструкции роторного двигателя. В целом нововведения шли в том же направлении, что и у обычных моторов. На смену карбюратору пришел электронный впрыск, электронным стало и зажигание. Экспериментировали с впускными трубопроводами, применяли турбонаддув, создавали устройства дополнительной очистки отработавших газов. Вершиной достижений стал 230-сильный «движок» RENESIS для 4-дверного купе Mazda RX-8. Компания всемерно старалась привлечь внимание к роторным двигателям, в том числе участвуя в соревнованиях «24 часа Ле Мана». В 1991 году пришел большой успех – роторная Mazda 787В с бортовым номером 55 выиграла эту престижнейшую гонку.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля

Роторно-поршневой двигатель

Ро́торный дви́гатель (РД, РДВС, двигатель Ва́нкеля) — роторный двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде. Ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя [1] .

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра [2] ).

Содержание

1 Конструкция
- 1.1 Рабочий цикл
2 Преимущества и недостатки
3 Применение
- 3.1 Современное состояние
4 Авиационные двигатели
5 См. также
6 Примечания
7 Литература
8 Ссылки

Читать еще: Двигатель газ 40522 характеристики

Конструкция [ править | править код ]

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр 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.

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, 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 эксцентриковый вал выполняет 3 оборота и 3 рабочих хода, что приводит к ошибочным сравнениям роторного двигателя с шестицилиндровым поршневым двигателем.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, масла — от 0,4 л до 1 л на 1000 км.

Рабочий цикл [ править | править код ]

Двигатель Ванкеля использует четырёхтактный цикл:

такт A: Топливно-воздушная смесь через впускное окно поступает в камеру двигателя
такт B: Ротор вращается и сжимает смесь, смесь воспламеняется электрической искрой
такт C: Продукты горения давят на поверхность ротора, передавая усилия на цилиндрический эксцентрик
такт D: Вращающийся ротор вытесняет отработанные газы в выпускное окно.

Несмотря на схожесть цикла, динамика сгорания топливно-воздушной смеси в роторно-поршневом двигателе (РПД) сильно отличается от традиционного поршневого двигателя.

В поршневом двигателе (ПД) топливно-воздушный заряд, проходя в цилиндр через клапан на стадии впуска, приобретает высокую турбулентность, которая возрастает с ростом числа оборотов коленчатого вала, что благоприятно сказывается на полноте сгорания смеси. В РПД турбулентность ниже и в момент воспламенения, основной заряд смеси впереди по вращению ротора быстро сгорает, в то время как задняя часть рабочей полости остается не сгоревшей и выбрасывается в атмосферу. Этим объясняется в 6 — 8 раз более высокий процент выбросов в атмосферу несгоревших углеводородов, по сравнению с поршневыми двигателями.

Ещё одним отличием рабочего цикла РПД от рабочего цикла ПД является сдвиг момента максимального выделения тепла в камере сгорания на линию расширения после прохождения верхней мертвой точки. Поэтому максимальные температуры цикла, при одинаковой степени сжатия, у РПД ниже, а в фазе выпуска температура отработавших газов на 200—250 °С выше чем у поршневых двигателей. Это термодинамически невыгодно и приводит к дополнительному снижению КПД, но в то же время по этой причине выброс окиси азота у РПД на 20 % ниже, а при одинаковых степенях сжатия, РПД способен работать без детонации на топливе с октановым числом на 15 единиц меньше чем поршневой двигатель.

Устранение недостатков РПД добиваются усложнением систем впрыска, созданием расслоения топливно-воздушной смеси в камере сгорания и т. п. [3]

Преимущества и недостатки [ править | править код ]

Преимущества перед поршневыми двигателями:

низкий уровень вибраций: двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
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);
высокая удельная мощность (л. с./кг) в силу того, что:

масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны;
однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от четырёхтактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л. с., а с турбокомпрессором — 350 л. с.);

меньшие в 1,5—2 раза габаритные размеры;
меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен).

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 (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя. В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.
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. Устраняется отключением работы каждого n-го поршня, что также влечёт снижение температурной нагрузки.
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.

Применение [ править | править код ]

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Spider.

Первый массовый (37204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro 80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых (см. NSU Ro 80); через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и стал скандально известен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой L4 «Essex» фирмы Ford.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (СССР) [4] .

Современное состояние [ править | править код ]

Инженерам фирмы Mazda, создавшим роторно-поршневой двигатель «Renesis» (производное от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления , название говорящее о появлении нового класса двигателей), удалось решить основные проблемы таких двигателей — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками, удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает немного места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1,6 литра, и при большей мощности, нагревается меньше.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании (первые буквы от названия «Renesis») могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород (так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня). Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков.

Авиационные двигатели [ править | править код ]

В начале 1950-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг, сотрудника Пермского моторостроительного завода 19, авиационного инженера Валентина Валентиновича Полякова (поршневики; вращающийся золотниковый ГРМ и двухступенчатые поршни, совмещённые с нагнетательными, никакого отношения к Ванкелю не имеют) созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ. [5] Позднее, в 1990-х годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Несмотря на ряд попыток установки двигателя Ванкеля на самолётах (опытные образцы испытывались в разных странах с 1950-х годов), он не нашёл широкого применения в авиации. В настоящее время (2011) двигатель Ванкеля устанавливается на некоторые модели мотопланеров Schleicher.

В 2019 году российские учёные из Центрального института авиационного моторостроения им. П. И. Баранова и Фонда перспективных исследований решили эту проблему, создав РПД на основе материалов нового поколения — интеркерамоматричных и металлокерамоматричных композитов. Согласно результатам испытаний, износ этих элементов пренебрежительно мал. Все они сохранили свою работоспособность, подтвердив возможность и перспективность применения композиционных материалов для изготовления наиболее нагруженных и проблемных элементов РПД. В новом отечественном двигателе применена также специально разработанная для РПД система турбонаддува с охлаждением воздуха и новая система управления. [6]

0 0 голоса

Рейтинг статьи