Эволюция апексного уплотнения

Вдохновение для роторного двигателя было почерпнуто из геометрического принципа, согласно которому, когда круг катится по своей окружности вдоль другой окружности, радиус которой вдвое больше, точка внутри окружности образует кривую, известную как эпитрохоида. Эта кривая формирует форму внутренних стенок корпуса ротора. Корпус ротора вмещает все ступени рабочего хода ротора, подобно цилиндру в обычном двигателе. Что касается формы ротора, то треугольник был идеальным, поскольку он обеспечивал наиболее эффективную конфигурацию внутри корпуса. Три вершины треугольного ротора равномерно перемещаются вдоль внутренних стенок корпуса ротора. Полость между ротором и внутренними стенками корпуса разделена на три постоянно изменяющиеся области объема. Это объясняется тем, что роторные двигатели представляют собой системы с переменным объемом и прогрессирующей полостью. Каждый ротор имеет три грани, и каждая грань имеет три полости объема в корпусе. Фактически, каждая грань ротора «охватывает» свой собственный объем, когда ротор движется по эксцентрической орбите внутри своего корпуса. Каждая сторона ротора приближается, а затем отдаляется от стенки внутреннего корпуса, сжимая и расширяя камеру сгорания. Ротор, по сути, подобен поршню. Но объем цилиндра изменяется по мере движения поршня вверх и вниз. Объем, конфигурация и положение рабочей полости изменяются по мере эксцентрического вращения ротора. Теперь, когда мы лучше понимаем принцип работы и механику роторного двигателя, давайте рассмотрим его первое появление, что такое уплотнения вершин поршней и их эволюцию. Начиная с начала 1960-х годов, Mazda выпустила множество моделей, таких как Cosmo, RX-3 и три поколения Mazda RX-7. Но что действительно делало эти автомобили уникальными, так это роторные двигатели Ванкеля под капотом. Ранние разработки и исследования того, что позже стало культовым двигателем Mazda 13B-REW, стали результатом совместного контракта на исследования между Mazda и немецкой автомобильной компанией NSU. В то время компания NSU возглавляла научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по выводу на рынок первого автомобиля с двигателем Ванкеля. В конечном итоге NSU добилась успеха с выпуском NSU Spider. Этот автомобиль был оснащен однороторным двигателем с водяным охлаждением и стандартными передними дисковыми тормозами, что отличало его от других автомобилей аналогичного типа того периода. На смену NSU Spider пришла модель Ro 80, которая считалась опережающей свое время, хотя по современным меркам она была бы несколько необычной. Она даже была оснащена предупреждающим звуковым сигналом, оповещающим водителя о приближении к красной зоне в 9000 об/мин. Несмотря на похвалы, Ro 80 рано приобрела репутацию ненадежного автомобиля. Ее окончательным провалом стали преждевременный срок службы двигателя, щедрая гарантийная политика и подпорченная репутация, что в конечном итоге привело компанию к банкротству. Ранние автомобили требовали капитального ремонта двигателя только после 50 000 километров или 31 000 миль. Многие из этих поломок были связаны с плохо спроектированными наконечниками уплотнений вершин ротора — распространенным слабым местом, выявленным позже в роторных двигателях. Прежде чем продолжить, давайте разберемся, что такое уплотнения вершин. Для поддержания сжатия в камере три наконечника ротора должны образовывать герметичные уплотнения с внутренними стенками корпуса ротора. Это достигается с помощью уплотнений в трех вершинах треугольника, известных как уплотнения вершин. Эти уплотнения обычно изготавливаются из металла и прижимаются к стенкам корпуса пружинами. Поскольку уплотнения контактируют с внутренним корпусом, для уменьшения трения они обычно покрыты моторным маслом. Таким образом, по конструкции роторный двигатель сжигает моторное масло, которое перекачивается дозирующим насосом с дроссельным управлением. Из-за этого прямого контакта самой большой проблемой, с которой столкнулись инженеры, были следы вибрации на скользящих поверхностях корпуса ротора. Трение уплотнений вершин вызывало эту проблему и получило название «следы от гвоздя дьявола». Дополнительным фактором, усугубляющим проблему, была недостаточная смазка корпуса ротора, собственная частота колебаний уплотнительных элементов и коэффициенты статического и кинетического трения. Это предъявляло более высокие требования к материалам, используемым для изготовления уплотнений вершин ротора. Первоначально Mazda использовала керамику. Но позже их первый прорыв был достигнут за счет использования крестообразных полых чугунных уплотнений вершин ротора. Эта конструкция имела два продольных и несколько поперечных перпендикулярных отверстий, что способствовало снижению высокочастотных вибраций. Использование этой конструкции впоследствии было прекращено из-за сложности и высоких производственных затрат. С 1967 по 1973 год Mazda использовала 6-миллиметровые (0,24 дюйма) алюминиево-углеродные уплотнения вершин ротора. Они были разработаны в рамках совместного предпр...