История роторных моторов mazda
Полстолетия назад небольшая компания Toyo Kogyo из Хиросимы, предлагающая свою продукцию под брендом Mazda, пошла на отчаянный шаг. Японцы решились выпускать машины с необычным двигателем Ванкеля, перспективы которого были туманны, как восход солнца в вишневой роще. Глядя на обводы нового концепта RX-Vision, мы вспомнили историю роторных «Мазд», на долгие годы ставших визитной карточкой марки.
В начале 1960 года Мацуда посетил предприятие NSU в Неккарзульме, изучил потенциал мотора и понял – это именно то, что он искал.
За лицензию на использование и совершенствование конструкции немцы получили 280 миллионов иен (около 800 тысяч долларов по курсу того времени) и вскоре «Мазда» сформировала команду из 47 самых перспективных молодых инженеров, получивших от коллег прозвище «47 ронинов» (по аналогии с японским народным преданием). Перед ними была поставлена задача создать собственный мотор на основе двигателя Ванкеля, который бы подошел для массовых автомобилей.
Уже тогда было известно о несовершенстве апексов – уплотнений вершин ротора, обеспечивающих герметичность камеры сгорания. Высокий уровень температур и трения, возникающего между апексами и стенками камеры, не сулили двигателю долгой жизни и требовали много масла. На внутреннем покрытии оставалась глубокие борозды, прозванные в компании «дьявольскими царапинами».
Производительность мотора угасала на глазах – первые прототипы «сдувались» уже после 200 часов испытаний. На работы по доводке и тестированию первого мотора ушло около двух лет, за которые в бесполезный металлолом были превращены сотни, а может и тысячи экспериментальных агрегатов.
Скептически к новой технологии отнесся даже главный инженер Toyo Kogyo Кеничи Ямамото, а ее доводка потребовала от маленькой компании немаленьких ресурсов. Поговаривали, что суровому и непоколебимому Мацуде приходилось буквально раскланиваться и лебезить перед инвесторами, выпрашивая средства на продолжение проекта.
Купе укомплектовали двухсекционным 982-кубовым мотором, работающим с четырехступенчатой «механикой». Сперва двигатель развивал 110 лошадиных сил, однако затем его отдачу увеличили до 130 сил. Разгон с места до 96 километров занимал у Cosmo Sport менее девяти секунд, а максимальная скорость превышала 185 километров в час. За маленьким «Космо» с легким мотором не могли угнаться многие американские одноклассники с громоздкими V8.
Еще одним явным преимуществом двигателя был его рабочий объем, не превышавший одного литра, что освобождало покупателей от выплаты повышенного транспортного налога в Японии.
Чтобы доказать надежность мотора, японцы выставили Cosmo Sport на 84-часовой гонке на немецком Нюрбургринге, и одна из двух машин, подвергшихся незначительной модернизации, заняла четвертое место в общем зачете, уступив лишь двум Porsche 911 и Lancia Fulvia.
Тем не менее, машина пользовалась невысокой популярностью из-за своей цены, превышавшей полтора миллиона иен — с 1968 по 1972 год первая роторная «Мазда» разошлась тиражом в 1,2 тысячи экземпляров.
Сразу же после появления Cosmo Sport японцы задумались о применении нового мотора на более доступном автомобиле — дефорсированный до 100 лошадиных сил двигатель решили использовать на двухдверной версии семейства Familia.
Роторная «Фамилия», стоившая 660 тысяч иен, выходила владельцу существенно дороже модификации с обычным двигателем, но почти втрое дешевле Cosmo Sport. Покупателей даже не отпугнул высокий расход топлива (около 12 литров на 100 километров), и в 1968 году только в одной Японии Familia Rotary Coupe приобрели 7 тысяч человек, а к 1970-му ежегодные продажи перевалили за 30 тысяч. В том же году роторная Mazda Familia вошла в число первых моделей, которые Toyo Kogyo начала официально поставлять на североамериканский рынок.
В США к тому моменту как раз приняли «Закон о чистом воздухе», обязывающий автопроизводителей к 1975 году существенно уменьшить содержание угарного газа, углеводорода и оксидов азота в выхлопах своих машин. Требования по снижению уровня последних соединений вызвали панику у многих компаний, так как процесс уменьшения уровня NOx являлся самым сложным и дорогостоящим.
Тут-то все и вспомнили о роторных моторах, которые были очень «щедры» на углеводород, но отличались значительно меньшими выбросами оксида азота, уровень которых, во-многом, зависит от температур в камере сгорания. В роторном моторе они значительно ниже, чем у стандартных ДВС.
Таким образом, роторные «Мазды» не требовали значительных модификаций, чтобы использоваться после 1975 года, а проблему лишнего углеводорода японцы решили при помощи термического дожигателя отработавших газов, впрыскивающего воздух в выхлопной поток для увеличения степени сгорания смеси.
Так двигатель Ванкеля стал главным козырем японской компании в ее стратегии на американском рынке. В 1972 году четыре из пяти «Мазд», проданных в США, имели роторный мотор, а к моменту вступления в силу «Закона о чистом воздухе» японцы планировали довести долю таких машин до ста процентов.
Роторные модификации появились у купе Luce, моделей Capella (RX-2) и семейства Savanna (RX-3), ставших первыми в истории машинами с двигателем Ванкеля и автоматической коробкой передач.
В 1973 году интерес к новому типу двигателя достиг своего пика. Даже General Motors каждые шесть месяцев перечисляла на счет NSU по 5 миллионов долларов, чтобы оплатить лицензию на использование роторных технологий (общая стоимость лицензии составила 50 миллионов долларов).
Собственные разработки в этой области вели Nissan и Toyota, а Ford пытался всеми силами выкупить пакет акций «Мазды», чтобы получить прямой доступ к технологиям. Впрочем, после того, как японцы дали понять, что роторный мотор никогда не станет частью сделки, переговоры быстро зашли в тупик. В то время как остальные производители находились лишь на стадии экспериментов, Mazda выпустила уже 600 тысяч роторных машин.
Однако не все было так гладко. Ахиллесовой пятой двигателей Ванкеля была высокая прожорливость и взлетевшие во время нефтяного кризиса 1973 года цены на горючее сильно поубавили к нему интерес.
Американцев и японцев больше не интересовали неэкономичные автомобили. В 1974-м производство роторных «Мазд» сократилось в два раза – с 239 до 118 тысяч экземпляров. К слову, компания больше никогда не выпускала более 100 тысяч таких машин в год.
Впрочем, несмотря на топливное эмбарго, Mazda в 1974 году даже представила первый и последний в истории роторный пикап – REPU (Rotary Pickup), построенный на базе модели B-Series. Он был одной из первых «Мазд», где применили двухсекционный 1302-кубовый мотор 13B, ставший основой для всех последующих роторных двигателей, производимых компанией в течение более чем 30 лет.
Модель, оснащенная 135-сильным мотором, показала, что двигатель Ванкеля подходит не только для легковых машин. Роскошный автобус, предлагавшийся с 26- или 13-местным кондиционируемым салоном, отличался особенно мягкой и тихой ездой с минимумом шума и вибраций. С 1974 по 1978 год было выпущено 44 таких машины, из которых до наших дней сохранилось только четыре.
Тогда же, в конце семидесятых, дебютировала самая массовая в истории роторная модель — купе RX-7, выпускавшееся с 1978 по 2002 год. За это время модель успела сменить три поколения и разойтись тиражом свыше 811 тысяч машин.
Первое поколение купе предлагалось с 1,1-литровым мотором мощностью 130 лошадиных сил, отдачу которого в 1983 году повысили до 165 сил за счет турбонагнетателя. Финальная версия третьего поколения RX-7 оснащалась уже 1,3-литровым 280-сильным твин-турбо агрегатом, позволявшем купе разгоняться с нуля до ста километров в час за 5,3 секунды.
Особняком стояло купе Eunos Cosmo, появившееся в 1990 году и ставшее идеологическим последователем оригинального Cosmo Sport. В двухдверке применили двухлитровый двигатель с тремя секциями и двумя турбинами – самый объемный и мощный серийный агрегат такого типа в истории.
Двигатель, развивавший 280 лошадиных сил и 380 Нм крутящего момента, сочетался с четырехступенчатым «автоматом». Купе могло набирать «сотню» за 6,2 секунды, а максимальная скорость составляла 255 километров в час.
Mazda Eunos Cosmo имела действительно космическое оборудование для своего времени. Она стала первой в мире машиной, получившей привычную систему GPS-навигации и цветной сенсорный дисплей, через который осуществлялось управление климатической установкой, мобильной связью и аудиосистемой. Впрочем, соответствующей была и стоимость. За шесть лет нашлось всего восемь тысяч желающих заполучить японскую двухдверку по цене большого «Мерседеса» или «Ягуара».
Последней серийной роторной «Маздой» стала четырехдверка RX-8, появившаяся в 2003 году. Ее оснастили 1,3-литровым двухсекционным роторным мотором нового поколения (RENESIS), выдававшим от 190 до 250 сил. Сразу после своего дебюта агрегат, ставший компактней, легче и производительнее, удостоился звания «Лучшего двигателя года», а в 2004-м RX-8 заслужила звание «Автомобиль года в Японии».
В первый же год было продано свыше 60 тысяч экземпляров модели, однако впоследствии продажи RX-8 только падали. В Европе спорткар продержался до 2009 года и был выведен с рынка из-за невозможности модернизации мотора под экологический стандарт «Евро-5», а последний на сегодняшний день серийный роторный автомобиль сошел с конвейера в Японии летом 2022 года.
О двигателях mazda 3 первое поколение (2003 — 2008)
Автомобиль Mazda 3, является представителем популярного семейства гольф-класса, заменившее невыдающуюся Mazda 323. Автомобиль можно назвать младшим братом большой Mazda 6. Конкурентами Mazda 3 выступают Opel Astra, Ford Focus, Chevrolet Cruze, Toyota Corolla, Mitsubishi Lancer, Honda Civic, Skoda Octavia.
В рамках статьи мы коснемся движков, которые ставили на первое поколение автомобилей. Рассмотрим характеристики данных двигателей и их слабые стороны.
ДВИГАТЕЛЬ MAZDA MZR Z6
Движок Mazda MZR Z6 стал логическим развитием серии силовых агрегатов B, в частности, он продолжает движок B6D, с доработанной камерой сгорания, впускными и выпускными каналы и т.д. Привод ГРМ цепной, необходимости в замене цепи нет, а вот контроль ее состояния не помешает.
Для двигателя характерно наличие системы изменения фаз газораспределения S-VT на впуске, регулируемого впускного коллектора, системы EGR. С помощью этой системы часть отработанных газов повторно проходит через камеру сгорания и обеспечивается их окончательный дожиг. За счет этого экологичность двигателя стала выше.
Однако это одна сторона медали, с другой стороны в результате работы системы клапан EGR покрывается нагаром и неплотно закрывается. Из-за этого плавают обороты, движок глохнет, возникает детонация, и падает мощность. Чтобы этого не случилось, владельцы движка глушат клапан.
НЕДОСТАТКИ ДВИГАТЕЛЯ
Среди наиболее часто встречающихся неисправностей, отмечают следующие. Могут плавать обороты, причина в прокладке впускного коллектора, ее замена решит проблему. Движок может вибрировать, причина, как правило, в подушках движка, которые необходимо заменить. Нередко возникают стуки, проблема исчезнет если отрегулировать клапана. Кроме того шумы могут возникать из-за шатунных вкладышей и поршней. Если же двигатель начинает дизелить, необходим ремонт или замена коллектора, так как могут стрекотать и стучать его заслонки.
ДВИГАТЕЛЬ DURATEC HE 2.0/MZR LF
Движок Ford Duratec HE 2,0 л. 145 л.с. конструкционно повторяет 1,8 л, только цилиндры имеют больший диаметр. Двигатель является разработкой японской компании Mazda, но в то же время использовался на автомобилях Ford в рамках сотрудничества двух компаний. Если сравнивать, движок выигрывает у 1,8 литрового силового агрегата. Преимущества в эластичности, мощности, более тихой работе, при одинаковом расходе.
НЕДОСТАТКИ ДВИГАТЕЛЯ
Среди наиболее распространенных проблем двигателя, отмечают следующие. Недолговечность сальников распредвала. Частые неисправности термостата, которые приводят к перегреву двигателя. Необходимость контроля за состоянием свечных колодцев, при наличии там масла необходимо подтягивать клапанную крышку или менять прокладку. Бывает и такое, что автомобиль не едет и горит сигнал Check Engine, скорее всего требуется менять клапаны управления заслонками впускного коллектора. Есть необходимость в регулировке зазоров клапанов, так как гидрокомпенсаторы отсутствуют.
Двигатель | Mazda MZR Z6 | Duratec HE 2.0/MZR LF |
Марка двигателя | MZR Z6 | MZR LF |
Годы выпуска | 2001-н.в. | 2001 — 2022 |
Материал блока цилиндров | чугун | алюминий |
Система питания | инжектор | инжектор |
Тип | рядный | рядный |
Количество цилиндров | 4 | 4 |
Клапанов на цилиндр | 4 | 4 |
Ход поршня, мм | 83,6 | 83,1 |
Диаметр цилиндра, мм | 78 | 87,5 |
Степень сжатия | 10 | 10,8 |
Объем двигателя, куб.см | 1598 | 1999 |
Мощность двигателя, л.с./об.мин | 105/6000 | 141-155/6000 |
Крутящий момент, Нм/об.мин | 145/4000 | 185/4500 |
Топливо | 95 | 95 |
Экологические нормы | Евро 4 | Евро 4 |
Расход топлива, л/100 км — город | 8.5 5.3 | 9.8 |
Расход масла, гр./1000 км | до 800 | до 500 |
Масло в двигатель | 5W-30 | 5W-20 |
Ресурс двигателя Мазда 3, тыс. км — по данным завода | н.д. ~250 | 350 ~ 500 |
Тюнинг — потенциал | 150 ~115 | — — |
Двигатель устанавливался | Mazda 3 | Ford S-Max |
Часть 1. роторные двигатели фирмы mazda на примере rx-8
Общие сведения о роторном двигателе RENESIS
Концепция современного роторного двигателя была разработана немецким ученым Феликсом Ванкелем (Felix Wankel,) который придумал идею преобразовывать энергию сгорающих газов в механическую с помощью ротора, совершающего вращательное или вращательно-возвратное движение относительно корпуса. Первый роторный двигатель, созданный им, заработал в 1957 году, а в 1959 году была спроектирована конструкция двигателя с надежной системой уплотнений и достигнута надежность работы. Далее разработкой конструкций роторных двигателей занимались несколько фирм, наиболее известными из них являются «NSU corporation» (в которой и работал Феликс Ванкель), Кертис-Райт и Тойо — Когио.
Фирма Mazda приобрела лицензию на РПД (роторно-поршневой двигатель) у фирмы NSU и в 1960 году начала свои разработки в этой области, а в 1967 году вышел первый серийный автомобиль «Cosmopolitan Sport» с роторным двигателем, разработанным фирмой Mazda. Фирмой Mazda было внесено изменение в первоначальную конструкцию двигателя, а именно: впускные окна были сделаны на боковых корпусах (в оригинале впускные и выпускные окна находились на статоре). Это было первое поколение роторных двигателей, которые в 1980 году стали устанавливаться на автомобиль Mazda RX7. Первое поколение роторных двигателей имело по два впускных и одному выпускному окну на каждый ротор, причем впускные окна располагались на боковых корпусах, а выпускное — на статоре. Вторым поколением роторных двигателей, устанавливаемых на автомобиль Mazda RX7, стали двигатели с тремя впускными окнами, располагающимися на боковых корпусах и одним выпускным окном на статоре, эти автомобили производились преимущественно для экспорта. Позднее были применены системы изменения геометрии впускных трактов, позволяющие открывать или закрывать впускные окна в зависимости от потребностей двигателя.
Три поколения роторных двигателей фирмы Mazda.
Данные конструкции двигателей просуществовали вплоть до 2002 года (до начала выпуска Mazda RX8). В 2003 году был начат выпуск автомобиля Mazda RX8, на который устанавливается третье поколение роторных двигателей, отличительной чертой которого стало расположение впускных и выпускных окон на боковых корпусах двигателя. Толчком к этому послужила необходимость поиска компромисса между топливной экономичность и высоким показателем мощности автомобиля, чего на двигателях предыдущих поколений достигнуть не представлялось невозможным.
Надо отметить, что расположение, геометрия и размер впускных и выпускных окон являются определяющими факторами, влияющими на характеристики роторного двигателя. Фирма Mazda за более чем сорокалетний опыт разработки роторных двигателей добилась достаточно большого прогресса в этой области (на рисунках «Сравнение боковых корпусов двигателей» и «Углы открытия и закрытия впускных и выпускных окон роторных двигателей фирмы Mazda» приведено сравнение впускных и выпускных окон двигателей третьего поколения с окнами двигателей предыдущих поколений).
Сравнение боковых корпусов двигателей.
| Годы выпуска | 67-72 | 80-84 | 80-84 | 85-88 | 85-88 | 82-84 | 83-85 | 90-95 | 91-02 | 03 — | 03 — | ||
| Модель | CS*5 | RX7 | RX7 Cosmo | RX7 Richie | RX7 | RX7 Cosmo | RX7 Cosmo | RX7 | RX8 | RX8 | |||
| Двигатель | 10A-NA | 12A-NA | 12A-NA | 13B-T/C | 13B-NA | 12A-T/C | 13B-NA | 13B-T/C | 13B-T/C | 13B-NA High | 13B-NA Std. | ||
| Впуск. окна | 4 | 4 | 6 | 4 | 6 | 4 | 6 | 4 | 4 | 6 | 4 | ||
| Впуск | Первичное окно | Открытие*1 | 25 | 32 | 58 | 45 | 32 | 58 | 45 | 58 | 45 | 3 | 3 |
| Закрытие *2 | 45 | 50 | 25 | 50 | 40 | 40 | 30 | 50 | 50 | 65 | 60 | ||
| Вторичное окно | Открытие*1 | 25 | 32 | 45 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 12 | 12 | |
| Закрытие*2 | 45 | 50 | 25 | 50 | 30 | 40 | 30 | 50 | 50 | 36 | 45 | ||
| Дополни- тельное окно | Открытие*1 | — | — | 58 | — | 45 | — | 45 | — | — | 38 | — | |
| Закрытие*2 | — | — | 70 | — | 80 | — | 70 | — | — | 80 | — | ||
| Выпуск | Открытие*3 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 75 | 71 | 75 | 75 | 50 | 40 | |
| Закрытие*1 | 48 | 48,5 | 38 | 48,5 | 48,5 | 48,5 | 48,5 | 48 | 48 | 3*4 | 3*4 | ||
Углы открытия и закрытия впускных и выпускных окон роторных двигателей фирмы Mazda.
Примечание: *1 — после ВМТ, *2 — после НМТ, *3 — до НМТ, *4 — до ВМТ, *5 — Cosmopolitan Sport.
Для автомобиля Mazda RX8 фирмой Mazda был разработан новый двухроторный двигатель, получивший название 13B- MSP. Данный двигатель был выпущен в двух модификациях: STANDARD POWER — двухроторный двигатель, развивающий мощность 141 кВт/192 л.с. при частоте вращения 7000 об/мин и HIGH POWER — двухроторный двигатель, развивающий мощность 170 кВт/231 л.с. при частоте вращения 8200 об/мин. Двигатели получили название «RENESIS», что подразумевает возрождение роторного двигателя вообще, а так же зарождение нового поколения роторных двигателей в частности. Данный двигатель кардинально отличается от всех разработанных ранее большим количеством технических решений, касающихся как конструкции самого двигателя, так и установленных на него систем. Двигатель вобрал в себя все лучшие разработки, сделанные ранее в этой области, что в совокупности с современными разработками и использованием современных, более прочных и износостойких материалов, позволило придать двигателю хорошие характеристики, такие как соответствие экологическому стандарту EURO 4, большой ресурс, экономичность и высокий крутящий момент в большом диапазоне частот вращения эксцентрикового вала. Роторный двигатель также отличают относительная простота конструкции: в нем имеются только две вращающиеся детали (эксцентриковый вал и ротор), отсутствуют неуравновешенные массы (это позволяет сделать двигатель очень быстроходным без опасности возникновения резонанса) и малые габариты по сравнению с аналогичными по мощности поршневыми двигателями.
По показателю уравновешенности, данный двигатель можно сравнить только с рядным шестицилиндровым двигателем или V-образным восьмицилиндровым, на поршневых двигателях других типов достижение таких показателей плавности хода не возможно. В данном двигателе неуравновешена центробежная сила от вращающихся масс. Для уравновешивания центробежной силы на оба конца эксцентрикового вала установлены противовесы. На автомобилях с МКПП масса заднего противовеса равномерно распределена по периметру маховика.
Основными элементами данного двигателя являются боковые и промежуточный корпуса, два ротора, два статора, эксцентриковый вал, две неподвижные шестерни и система уплотнений рабочих камер.
Неподвижные шестерни изготовлены из специальной стали и подвергаются ионному азотированию для предотвращения разрушения зубьев от сил инерции ротора (от его разгона и торможения) и газовых импульсов, в месте соприкосновения неподвижной шестерни и шестерни внутреннего зацепления ротора. Неподвижные шестерни запрессовываются в боковые корпуса двигателя.
Неподвижные шестерни. 1 — неподвижные шестерни (модели STANDARD POWER), 2 — коренной подшипник, 3 — передняя неподвижная шестерня, 4 — задняя неподвижная шестерня, 5 — фиксирующий выступ, 6 – крышка упорного подшипника, 7 — упорный подшипник, 8 — упорная пластина, 9 — фиксирующий винт (модели HIGH POWER).
В неподвижную шестерню запрессованы коренные подшипники. Коренные подшипники фиксируются от поворота выступом (модели STANDARD POWER) или фиксирующим винтом (модели HIGH POWER).
Эксцентриковый вал изготовлен из высокопрочной углеродистой стали с применением индукционного упрочнения для повышения износостойкости. Эксцентриковый вал неразъемный, с двумя коренными и двумя роторными шейками. Крепление эксцентрикового вала осуществляется с помощью подшипников скольжения в неподвижных шестернях, которые установлены в боковых корпусах. Подшипники скольжения являются неразъемными.
Эксцентриковый вал. 1 — температура моторного масла 60°С или выше, 2 — редукционный клапан эксцентрикового вала, 3 — эксцентриковый вал, 4 — ротор, 5 — масляная форсунка, 6 — моторное масло, 7 — температура моторного масла ниже 60°, 8 — слив масла (снижение давления).
В эксцентриковом валу выполнены каналы для смазки коренных и роторных шеек, а также подачи масла внутрь роторов для их охлаждения, для чего в эксцентриковый вал встроены масляные форсунки. Для облегчения прогрева двигателя при холодном запуске, в эксцентриковый вал встроен редукционный масляный клапан. Когда двигатель не прогрет, редукционный клапан открывается и давление моторного масла снижается, так как часть масла сливается из вала, в результате чего давление становится недостаточным для впрыскивания масла во внутреннюю полость ротора. Когда двигатель прогревается, редукционный клапан закрывается и масло начинает поступать во внутреннюю полость ротора для его охлаждения. От осевого перемещения эксцентриковый вал фиксируется упорным подшипником и упорной шайбой, находящимися в передней неподвижной шестерне.
Боковые и промежуточный корпуса двигателя отлиты из специального чугуна с применением азотирования, это позволило повысить износостойкость рабочих поверхностей.
Основной конструктивной особенностью, отличающей двигатели «RENESIS» от предыдущих поколений роторных двигателей, устанавливаемых на автомобили Mazda, стало так называемое боковое расположение впускных и выпускных окон.
Здесь надо отметить, что ранее все роторные двигатели фирмы Mazda устанавливаемые на серийные автомобили (около десяти моделей двигателей) имели боковое расположение впускных окон, а выпускные окна располагались на статорах. Данная конструкция оптимальна для быстроходных роторных двигателей и обеспечивает достаточно большой крутящий момент на низких частотах вращения эксцентрикового вала и высокую мощность, но не обеспечивает плавность протекания процесса сгорания из-за большого времени перекрытия окон, что ведет к снижению мощности. Расположение впускных и выпускных окон в боковых корпусах позволило сделать по нескольку не только впускных, но и выпускных окон на каждый ротор. Такое расположение окон способствует улучшению пусковых качеств двигателя, уменьшению перекрытия окон, что способствует возникновению эффекта резонансного наддува и предотвращается попадание отработавших газов во впускные окна, также была достигнута стабилизация процесса сгорания. Каждое впускное и выпускное окно имеет индивидуальный размер. Благодаря применению нескольких впускных и выпускных окон специально подобранного размера удалось достигнуть лучшего наполнения рабочей камеры свежим зарядом, улучшить очистку от отработавших газов, снизить время перекрытия окон, что позволило увеличить КПД двигателя, мощность и снизить расход топлива. Количество впускных окон на корпусах зависит от модификации двигателя.
На двигателях «RENESIS» впускные окна расположены в наиболее выгодных местах и их размер увеличен на 30% по сравнению с предыдущими двигателями. Увеличение впускных окон позволило достигнуть более раннего открытия окон и более позднего закрытия без увеличения перекрытия окон (когда впускное и выпускное окно остаются открытыми одновременно), как следствие, в камеру сгорания стало поступать больше рабочей смеси (см. рисунок «Сравнение роторных двигателей с разным расположением выпускных окон»).
Боковые и промежуточный корпуса центрируются с помощью полых штифтов. Вес боковых корпусов уменьшен за счет специальных проточек. В боковых корпусах имеются отверстия для установки неподвижных шестерен, через которые роторы приводятся в движение. На переднем корпусе установлен масляный насос и маслоприемник, на промежуточном корпусе имеются проточки для установки основных форсунок, а на задний корпус устанавливаются масляный фильтр и регулятор давления моторного масла.
Статоры изготовлены из алюминия, во внутреннюю поверхность статоров вставлены стальные пластины по технологии SIP (Sheet metal insert process — технология вставки листового металла). Внутренняя поверхность стальных вставок (эпитрохоидная поверхность) хромирована по технологии Micro Channel Porous — покрытие поверхности металлом с образованием микро пор для лучшей приработки и смазки поверхности. Для улучшения приработки эпитрохоидная поверхность покрыта фтороуглеродистым полимером.
 | Корпуса и статоры двигателя. 1 — установочная поверхность не- подвижной шестерни, 2 — установочная поверхность масляного насоса, 3 — установочная поверхность маслоприемника, 4 — передний корпус двигателя, 5 — уплотнение, 6 — статор переднего ротора, 7 — полый штифт, 8 — выпускное окно, 9 — впускное окно, 10 — промежуточный корпус, 11 — направляющая масляного щупа, 12 — маслозаливная горловина, 13 — статор заднего ротора, 14 — впускное окно системы APV (модели HIGH POWER), 15 — установочная поверхность масляного фильтра, 16 — задний корпус двигателя, 17 — установочная поверхность регулятора давления масла, 18 — установочная поверхность основных форсунок, 19 — порт системы подачи воздуха на выпуск, 20 — вставка, 21 — поперечный разрез заднего корпуса. |
Роторы (и шестерни внутреннего зацепления на роторах) изготавливают из чугуна, для предотвращения поломки зубьев неподвижной шестерни. Роторы изготавливаются пустотелыми с проточками под своеобразные камеры сгорания, также для уменьшения веса роторов была уменьшена толщина внутренних ребер. На торцах ротора имеются выточки под уплотнительные штифты и торцевые уплотнительные пластины. Во внутреннюю поверхность ротора запрессовывается роторный подшипник.
Ротор и система уплотнений рабочих камер. 1 — расширитель торцевой уплотнительной пластины, 2 – торцевая уплотнительная пластина, 3, 16 — ротор, 4 — цветная метка, 5 — уплотнительный штифт, 6 — пробка, 7 – пружинная шайба, 8 — боковой элемент радиального уплотнения, 9 — радиальная уплотнительная пластина, 10 — расширители радиальной уплотнительной пластины, 11 — компрессионное кольцо, 12 — расширитель компрессионного кольца, 13 — уплотнительные кольца, 14 — пружина маслосъемного кольца, 15 — маслосъемное кольцо, 17 — пружинная вставка, 18 — роторный подшипник, 19 — выточки, 20 — выточка для камеры сгорания, 21 – направление вращения ротора, 22 — роторная шестерня внутреннего зацепления.
Ротор имеет форму треугольника с дугообразными сторонами. При вращении ротор совершает сложное планетарное движение. Ротор вращается вместе с эксцентриковым валом и одновременно, из-за обтекания неподвижной шестерни, закрепленной на боковом корпусе двигателя, посредством шестерни внутреннего зацепления, вращается вокруг своей оси. Отношение числа зубьев шестерни внутреннего зацепления ротора и неподвижной шестерни — 3:2 (51:34) При вращении ротора три его вершины постоянно касаются поверхности статора, образуя рабочие камеры, объем которых постоянно изменяется. За один оборот объем каждой рабочей камеры ротора меняется 4 раза от минимального до максимального, что обеспечивает возможность протекания четырехтактного цикла в каждой из трех рабочих камер за один оборот ротора или за три оборота эксцентрикового вала (так как ротор вращается в три раза медленнее эксцентрикового вала). В соседних камерах совершаются аналогичные циклы со сдвигом на 120°.
Таким образом, за один оборот ротора совершается три рабочих хода или один рабочий ход на каждый оборот эксцентрикового вала. Здесь нужно заметить, что в роторном, как и в поршневом двигателе, на тактах впуска и рабочего хода объем между вершинами ротора увеличивается, а на тактах сжатия и выпуска объем уменьшается. Открытие и закрытие впускных и выпускных окон осуществляется боковой поверхностью ротора.
Такая конструкция позволила достигнуть существенного уменьшения времени перекрытия окон.
Можно провести сравнение между роторным и поршневым двигателями по объему и производимой мощности. Возьмем для примера рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 2 литра (2000 см3). В данном поршневом двигателе рабочий объем 2000 см3 достигается за два оборота коленчатого вала, значит, за один оборот достигается рабочий объем 1000 см3. В роторном же двигателе за один оборот эксцентрикового вала достигается рабочий объем 1308 см3 (654 см3x2, объем двух камер сгорания двух роторов). Следовательно, можно сказать, что роторный двигатель «RENESIS» сопоставим по мощности и уравновешенности с шестицилинровым рядным двигателем объемом 2,6 литра. Охлаждение ротора осуществляется с помощью моторного масла, циркулирующего в эксцентриковом валу и впрыскиваемого во внутреннюю полость ротора через форсунки. На внутренней поверхности ротора сделано оребрение для лучшего отвода тепла. Во внутренней поверхности ротора масло совершает вихревое движение между ребрами ротора, охлаждая его.
Система уплотнений рабочих камер представляет собой совокупность прокладок, уплотнительных пластин и уплотнительных штифтов и создана для обеспечения герметичности рабочих камер, находящихся между торцами ротора. В данном роторном двигателе система уплотнений состоит из радиальных уплотнительных пластин, торцевых уплотнительных пластин, уплотнительных штифтов и расширителей. Для предотвращения попадания масла, охлаждающего и смазывающего ротор, из внутренней полости ротора в камеры сгорания и образования нагара, установлены маслосъемные кольца. Маслосъемные кольца имеют разные диаметры, маслосъемное кольцо состоит из трех деталей: уплотнительного кольца, стального кольца (с хромированной поверхностью) и пружины. Также для предотвращения попадания отработавших газов на впуск, когда ротор находится в верхней мертвой точке, установлено одно компрессионное кольцо с расширителем.
Радиальные уплотнительные пластины изготавливаются из специального чугуна с применением электронно-лучевой обработки для повышения износостойкости. Элементами радиального уплотнения являются радиальная уплотнительная пластина, два расширителя и боковые элементы радиального уплотнения. Под действием расширителей и центробежных сил инерции радиальная уплотнительная пластина прижимается к эпитрохоидной поверхности статора, тем самым, способствуя герметизации рабочих камер.
Торцевые уплотнительные пластины изготовлены из металлокерамики и прижимаются к поверхности бокового корпуса расширителями и под давлением газов, попадающих под пластины. Торцевое уплотнение состоит из дугообразных пластин и расширителей, располагающихся на каждой из боковых поверхностей роторов. Элементы торцевого уплотнения используются для уплотнения торцевого зазора между ротором и боковым корпусом. Форма торцевой уплотнительной пластины так же оптимизирована для удаления углеродистых отложений из канавки торцевого уплотнения на роторе.
Уплотнительные штифты изготовлены из специального чугуна, внешняя сторона уплотнительного штифта хромирована для уменьшения износа. К боковому корпусу уплотнительные штифты прижимаются пружинными шайбами. Уплотнительные штифты различаются по диаметрам, в зависимости от диаметра отверстия под штифт (на ротор нанесена идентификационная метка). В штифтах имеются прорези, в которые вставляются радиальные уплотнительные пластины, а торцевые уплотнительные пластины плотно прилегают к уплотнительным штифтам, тем самым достигается замкнутость системы уплотнений.
Все детали системы уплотнения неподвижны относительно ротора, что дает конструкции следующие преимущества: отсутствие износа деталей от перемещения, износ верхней части уплотнений не вызывает нарушения герметичности системы, расширители и пружины системы работают в статических условиях, что препятствует их усталостному разрушению.
Система охлаждения
В данных двигателях используется жидкостная система охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Привод насоса охлаждающей жидкости осуществляется ремнём привода навесных агрегатов. Термостат с перепускным клапаном расположен во впускном патрубке охлаждающей жидкости и призван поддерживать оптимальную температуру в системе охлаждения, пуская охлаждающую жидкость по малому или большому (через радиатор) кругу охлаждения.
Система смазки
В двигателе используется система смазки с полнопоточной очисткой масла и с подачей масла под давлением к основным движущимся деталям (подшипникам скольжения, деталям системы уплотнений, роторам и т.д.).
Масляный насос трохоидного типа. Внутри него расположены два ведущих и два ведомых ротора с внутренним зацеплением, которые вращаются в одном направлении. Привод осуществляется цепью от эксцентрикового вала.
1 — уплотнительная канавка,
2 — маслоуспокоитель,
3 — датчик низкого уровня
моторного масла.
Масляный фильтр расположен на заднем корпусе. Для уменьшения температуры масла в систему смазки могут быть установлены один или два маслоохладителя.
Для уменьшения высоты двигателя, разработан специальный плоский стальной масляный поддон (высота масляного поддона 40 мм). В масляном поддоне установлен маслоуспокоитель и датчик низкого уровня моторного масла. Для уменьшения веса маслоприемник сделан из пластика.
Двигатель работает на смеси бензина с моторным маслом, так как необходима смазка деталей системы уплотнений рабочих камер. Доля подаваемого в рабочие камеры и участвующего в образовании рабочей смеси масла (по сравнению с количеством подаваемого топлива) невелика. Для регулирования количества подаваемого в рабочие камеры масла разработан дозирующий масляный насос.
 Дозирующий масляный насос. 1 — дозирующий масляный насос, 2 — слив масла, 3 — шаговый двигатель, 4 — подача масла, 5 — поверхность прилегающая к двигателю, 6 — разрез насоса, 7 — датчик-выключатель, 8 — плунжер, 9 — дифференциальный плунжер, 10 — вспомогательный плунжер, 11 — регулятор, 12 — червячный механизм, 13 — блок управления двигателем, 14 — обмотка №1, 15 — обмотка №2, 16 — обмотка №3, 17 — обмотка №4, 18 — неиспользуемый вывод. |  Масляный насос. 1 — поперечный разрез, 2 — подача масла, 3 — слив масла, 4 — разделитель, 5 — корпус масляного насоса, 6 — вал масляного насоса, 7 — передний ведомый ротор, 8 — передний ведущий ротор, 9 — разделитель, 10 — задний ведущий ротор, 11 — задний ведомый ротор. |
Дозирующий масляный насос управляется блоком управления двигателем с помощью сигналов. Блок управления регулирует количество подаваемого дозирующим масляным насосом масла в зависимости от частоты вращения эксцентрикового вала, показаний датчика температуры ОЖ и датчика массового расхода воздуха. Подача масла в рабочие камеры осуществляется масляными форсунками.
Масляные форсунки. 1 — масляные форсунки, 2 — боковой и промежуточный корпус, 3 — статор,
4 — распылитель форсунки, 5 — подача масла, 6 — обратный клапан, 7 — к воздушному шлангу.
На каждом статоре установлено по две масляные форсунки. Для улучшения смазки корпусов и уплотнений, масляные форсунки установлены под наклоном и впрыскивают масло на боковые корпуса ротора. Чтобы разрежение в двигателе не препятствовало подаче масла к масляным форсункам, на каждую форсунку установлен шланг, связанный с атмосферой. Для предотвращения попадания масла в воздушный шланг, когда во внутренней полости двигателя создается давление, в форсунку установлен обратный клапан.
1 — шаговый двигатель, 2 — датчик- выключатель,
3 — шаг 52, 4 — выключено, 5 — включено.
Механизм, регулирующий количество подаваемого масла, состоит из плунжера и дифференциального плунжера, приводимого червячным механизмом. Червячный механизм приводится от эксцентрикового вала через ведущую шестерню привода дозирующего масляного насоса, находящуюся на передней крышке двигателя. Количество подаваемого масла регулируется по сигналу от блока управления двигателем, изменением хода плунжера и поворотом регулятора, связанного с шаговым двигателем. Положение шагового двигателя отслеживается с помощью датчика-выключателя, показания которого, наравне с параметрами, описанными выше, используются блоком управления двигателем для расчета необходимого количества подаваемого масла. Когда шаговый двигатель находится на шаге 52 или большем, по сигналу от датчика-выключателя в блоке управления двигателем включается алгоритм регулирования подачи масла, проходящего через дозирующий масляный насос. Когда шаговый двигатель находится ниже шага 52, устанавливается максимальная подача масла.
Алгоритм управления дозирующим масляным насосом включает несколько функций (см. таблицу «Функции управления дозирующим масляным насосом»).
Таблица. Функции управления дозирующим масляным насосом.
| Состояние | Описание |
Замок зажигания в положении «ON», двигатель выключен (сберегающий режим) | При выключенном двигателе управление дозирующим масляным насосом прекращается для сохранения заряда аккумуляторной батареи |
Функция возврата к начальным параметрам | При начале управления дозирующим масляным насосом блок управления распознает, на каком шаге находится шаговый двигатель, и происходит возврат к начальному параметру (нулевому шагу) |
| Функция расчета количества подаваемого масла при работе двигателя | Управление шаговым двигателем в зависимости от режима работы двигателя |
Функция установки начального шага (при повороте замка зажигания в положение «OFF») | При установке замка зажигания в положение «OFF» управление дозирующим масляным насосом прекращается и блок управления принимает шаг, на котором находится шаговый двигатель, как начальный (нулевой) |
Функция контроля положения шагового двигателя | Блок управления двигателем контролирует соответствие шага, на котором находится шаговый двигатель, с необходимым шагом |
Работа в режиме Fail-safe (при какой-либо неисправности) | Если в системе управления дозирующим масляным насосом или в самом насосе выявлена неисправность, блок управления двигателем регулирует подачу топлива, угол опережения зажигания, управляет шаговым двигателем, тем самым регулируя мощность двигателя, для предотвращения его повреждения |
Бушин Сергей
© Легион-Автодата
