Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ванкеля), конструкция которого разработана в 1957 инженером компании NSU Вальтером Фройде (W. Froude), ему же принадлежала идея этой кострукции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем (F. Wankel), работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.
Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде.

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй - статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, не смотря 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 клапанов.

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 четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.
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.

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями: низкий уровень вибраций. РПД полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность легких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров; главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные 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), чем в случае конструкции обычного двигателя внутреннего сгорания; меньшие в 1,5—2 раза габаритные размеры; меньшее на 35—40% число деталей.
Малая удельная масса при высокой удельной мощности, причины:
1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности "нормальных" поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
2. К тому же однороторный двигатель выдает мощность в течение трех четвертей каждого оборота выходного вала. В отличии от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдает мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. (современный серийный РПД с объемом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором - 350 л.с.)
За счет отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель способен выдерживать большие обороты с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объеме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.
Особенностью РПД является требование по 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.
Важной проблемой считаются состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия, являются высокие утечки между отдельными камерами, и как следствие падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.
Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения была разрешена применением высоколегированная стали.
При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.
Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у нее относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.
Высокие требования к точности исполнения деталей делают его сложным в производстве. Оно требует высокотехнологичного и высокоточного оборудования — станков способных перемещать резец по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

 

Роторно-поршневой двигатель (РПД) или, как его еще называют, двигатель Ванкеля, является одним из вариантов двигателя внутреннего сгорания. Химическая энергия топлива при сгорании с кислородом передает рабочему телу (воздушной массе) большое количество тепловой энергии. Передача тепла за очень короткое время приводит к резкому расширению рабочего тела и возникновению давления на стенку поршня. Отработанная смесь выводится через выпускной канал который не имеет клапана, как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Поступление рабочей смеси осуществляется через впускной канал, также не имеющий клапана. Дальнейшее вращение ротора приводит к сжатию поступившей смеси до момента осуществления воспламенения смеси искрой свечи и повторению четырехтактного цикла.

В конструкции РПД реализовано применение вращающегося ротора (роторного поршня), размещенного внутри цилиндра, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде. Установленный на валу ротор жестко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестерней. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре. Такая конструкция позволяет осуществить 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания. Помимо этого отсутствуют кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы. При необходимом минимуме движущихся деталей все они - вращаются, а возвратно-поступательное движение отсутствует.
Поступление рабочей смеси осуществляется через впускной канал, который не имеет клапана, как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Дальнейшее вращение ротора приводит к сжатию поступившей смеси до момента осуществления воспламенения смеси искрой свечи.
Основной сложностью в изготовлении РПД является выполнение в металле с достаточной точностью внутренней полости эпитрохоидальной формы. В настоящее время РПД производятся серийно фирмами Mazda и АвтоВАЗ.
Недостатком РПД является больший расход топлива и высокое, по современным меркам, содержание вредных веществ в выхлопных газах.
 

РПД применяются в качестве силовых агрегатов автомобилях с повышенными требованиями к динамике, вертолетах и легких самолетах. Целесообразно применение РПД везде, где высоки требования к легкости конструкции и компактности. Целесообразность обусловлена тем, что у РПД на единицу вырабатываемой мощности приходится ощутимо меньшая масса агрегата. По сравнению с поршневыми двигателями одинаковой мощности двигатель Ванкеля имеет на 10-25% меньший вес и более компактен.

 

Роторно-поршневой двигатель Федякова, сокращённо FV имеет свободно вращающий ротор, наклонные поршни, роликоподшипники, которые одеваются на палец. Роликоподшипники двигаются по пазам, эти пазы находятся на боковых крышках. Чтобы создать герметизацию камеры сгорания, на боковые стенки ротора одеваются и плотно прикрепляются, уплотнительные крышки. Через отверстия в крышках, крышки крепятся прижимными болтами к ротору. На ротор одевается верхняя крышка. Для полной герметизации камеры сгорания применяются уплотнители, они помещаются в пазы, как на роторе, так и на боковых уплотнительных крышках. Поршневая система, шплинт входит в боковые уплотнительные крышки, а через серповидные отверстия в крышках проходят пальцы. Для эффективного воспламенения поршень, имеет газовый карман.

Функцию поршня в РПД выполняет трехвершинный ротор, преобразующий силу давления газов во вращательное движение эксцентрикового вала.
Движение ротора относительно статора (наружного корпуса) обеспечивается парой шестерен, одна из которых жестко закреплена на роторе, а вторая на боковой крышке статора.
Шестерня неподвижно закреплена на корпусе двигателя. С ней в зацеплении находится шестерня ротора. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни.
Вал вращается в подшипниках, размещенных на корпусе, и имеет цилиндрический эксцентрик, на котором вращается ротор. Взаимодействие этих шестерен обеспечивает целесообразное движение ротора относительно корпуса, в результате которого образуются три разобщенных камеры переменного объема.
Передаточное отношение шестерен 2:3, поэтому за один оборот эксцентрикового вала ротор поворачивается на 120 градусов, а за полный оборот ротора в каждой из камер совершается полный четырехтактный цикл.
В роторно-поршневом двигателе газообмен регулируется вершиной ротора при прохождении ее через впускное и выпускное окно. Такая конструкция позволяет осуществлять 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения.
Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Крутящий момент получается в результате действия газовых сил через ротор на эксцентрик вала.
Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск - принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.