Преодоление самого большого недостатка роторного двигателя

▶ Посетите https://brilliant.org/NewMind, чтобы получить 30-дневный бесплатный пробный период. Первые 200 человек получат скидку 20% на годовую подписку.

Вдохновение для роторного двигателя Ванкеля основано на геометрическом принципе: при прокатке круга по его собственной окружности по другому кругу вдвое большего радиуса образуется кривая, известная как эпитрохоида. Эта кривая формирует форму внутренних стенок корпуса ротора. Корпус ротора содержит все этапы рабочего цикла роторного двигателя, подобно цилиндру в обычном двигателе.

Чтобы поддерживать сжатие в камере сгорания двигателя Ванкеля, три вершины ротора должны образовывать газонепроницаемые уплотнения с внутренними стенками корпуса ротора. Это достигается с помощью уплотнений в трёх вершинах треугольника, известных как уплотнения вершин. Эти уплотнения обычно изготавливаются из металла и прижимаются к стенкам корпуса пружинами. Поскольку уплотнения контактируют с внутренней частью корпуса, для уменьшения трения они покрыты моторным маслом. Поскольку моторное масло подвергается воздействию процесса сгорания, роторный двигатель по своей конструкции сжигает масло. Количество используемого масла дозируется дозирующим насосом с дроссельной заслонкой.

Три вершины треугольного ротора равномерно движутся вдоль внутренних стенок корпуса ротора, разделяя полость между ротором и внутренними стенками корпуса на три области с постоянно изменяющимся объёмом. Благодаря уникальной конфигурации роторного двигателя, его классифицируют как системы с изменяемым объёмом и поступательным движением. Каждый ротор имеет три поверхности, и каждая поверхность имеет три полости объёма на корпус. По сути, каждая поверхность ротора «обходит» свой объём, вращаясь по эксцентриковой орбите внутри корпуса.

Каждая сторона ротора то приближается, то отдаляется от стенки внутреннего корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания. Ротор фактически подобен поршню.

Начиная с начала 1960-х годов, Mazda выпустила множество уникальных моделей с роторным двигателем Ванкеля, таких как Cosmo, RX-3 и три поколения Mazda RX-7. Легендарная история Mazda и эволюция роторного двигателя Ванкеля начались с совместного исследовательского контракта между Mazda и немецкой автомобильной фирмой NSU. Двигатель был оснащен однороторным двигателем с водяным охлаждением и стандартными передними дисковыми тормозами, что отличало его от других подобных автомобилей того периода. Ранние автомобили требовали капитального ремонта двигателя только после 50 000 километров или 31 000 миль. Многие из этих отказов были связаны с плохо спроектированными наконечниками верхних уплотнений, распространенным слабым местом, которое позже стало известно в роторных двигателях.

Поскольку уплотнения контактируют с внутренней частью корпуса, для уменьшения трения они покрываются моторным маслом. Из-за воздействия моторного масла на процесс сгорания, роторный двигатель по своей конструкции сжигает масло. Из-за прямого контакта с верхним уплотнением, самым большим препятствием, с которым столкнулись инженеры в первоначальных проектах, были следы вибрации на поверхностях скольжения корпуса ротора. В некоторой степени эти углеродные уплотнения были самосмазывающимися, что решало проблемы, связанные с поверхностью стенок корпуса ротора.

Они также использовались в сочетании с алюминиевым корпусом ротора, стенки которого были хромированы для долговечности. Это стало возможным благодаря новому пористому хромированию внутренних стенок корпуса ротора. Такая обработка поверхности повышала эффективность смазки между верхним уплотнением и ротором.

В период с 1975 по 1980 год было обнаружено, что текущая версия верхнего уплотнения подвергалась высоким термическим и центробежным нагрузкам при работе на высоких оборотах и ​​в периоды высокой нагрузки двигателя. Чтобы решить эту проблему, Mazda внедрила небольшое искривление. Это дополнительное искривление компенсировало небольшую деформацию корпуса ротора под высокими нагрузками, обеспечивая достаточный контакт со стенками корпуса ротора. Mazda также усовершенствовала угловые элементы, внедрив пружинную конструкцию, чтобы минимизировать зазор в канавке ротора.

К началу 1980-х годов дальнейшие усовершенствования Mazda привели к внедрению конструкции с верхним разрезом, которая удлиняла основное уплотнение. Целью было уменьшение утечек газа на одном конце верхнего уплотнения, где оно разделялось на две части. С 1985 по 2002 год размер верхнего уплотнения был дополнительно уменьшен до 2 мм. Кроме того, Mazda заполнила центральную полость углов пружины термостойкой эпоксидной смолой, что обеспечило дополнительные герметизирующие свойства.

Эта последняя версия конструкции верхнего уплотнения использовалась в культовом высокопроизводительном и легком двигателе Mazda 13B-REW с двойным турбонаддувом. Прославленный третьим поколением RX-7, он использовался до тех пор, пока двигатель не был окончательно снят с производства и заменен двигателем Renesis, который использовал собственную конструкцию ве...