Роторные моторы: особенности, преимущества и недостатки моторов

Содержание

особенности, преимущества и недостатки моторов

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство… Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем — RX-8.

История создания роторного двигателя

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.



У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

  • Роторный двигатель хорош тем, что

    состоит из куда меньшего числа деталей, чем его конкурент — процентов на 35-40.

  • Два двигателя одинаковой мощности — роторный и поршневый — будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше.

  • Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.

  • Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.

  • Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что

    РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик». Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

  • Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

  • Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.

  • Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.

  • Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива, а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода — причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый — приносит меньше вреда экологии.

  • Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он «жрет» до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.

  • Высокая стоимость — из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.


Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Не завертелось Что случилось с двигателем Ванкеля и куда он исчез с авторынка: Движение: Ценности: Lenta.ru

В этом году отмечается полувековой юбилей сразу двух знаковых для истории автомобилестроения моделей. Немецкий NSU Ro 80 и «японка» Mazda Cosmo стали первыми автомобилями с роторным двигателем, подходившими под определение «массовые». Но, увы, изобретенному инженерами фирмы NSU Ванкелем и Фройде новому типу двигателя внутреннего сгорания так и не удалось завоевать мир.

После создания в конце XIX столетия поршневого двигателя внутреннего сгорания прогресс в этой области пошел по пути разработки уже имеющейся концепции. Инженеры создавали все более мощные и совершенные двигатели, но суть оставалась все той же — в цилиндрическую камеру тем или иным способом попадало топливо, образовывавшиеся после сгорания топлива газы толкали поршень. И только в конце 1950-х два немецких инженера, работавшие в известной тогда своими мотоциклами фирме NSU Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, предложили принципиально новую конструкцию.

В их двигателе цилиндры отсутствовали как класс: установленный на валу трехгранный ротор был жестко соединен с зубчатым колесом, входившим в зацепление с неподвижной шестерней — статором. По сравнению с обычным поршневым мотором внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля (как он стал известен по имени одного из создателей) имел меньшие в 1,5-2 раза габариты, большую удельную мощность, меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен), а также — за счет отсутствия коленвала и шатунов — более высокие динамические показатели. Впрочем, были и недостатки, с которыми так и не удалось справиться за все время выпуска автомобилей с роторными двигателями: довольно высокий расход топлива на низких оборотах, повышенное потребление масла и сложность в производстве (из-за необходимости точности геометрических форм деталей).

NSU Spider

Фото: Science Museum / Globallookpress.com

Любопытно, что сам Ванкель не умел водить автомобиль и не имел водительских прав — поскольку с раннего детства страдал сильной близорукостью. Это, впрочем, не помешало ему доработать первоначально мотоциклетный движок под нужды автопрома, и в 1964 году NSU выпустила первый в мире серийный роторный автомобиль — кабриолет NSU Spider на базе заднеприводной модели Sport Prinz. Машина выпускалась ограниченной серией (за три года было собрано 2375 экземпляров) и была довольно дорога, в пересчете на нынешние деньги — около 22 тысяч долларов за двухместную малолитражку длиной 3,6 метра.

В 1967 году на рынок вышли сразу две модели с роторными двигателями, ставшие действительно массовыми. NSU представила топовый седан Ro 80, а японская фирма Mazda — спортивное купе Cosmo, первое в полувековой череде машин с двигателем Ванкеля в своей линейке. Немецкая машина, увы, оказалась довольно капризной и «сырой», хотя и была признана «автомобилем года-1968» в Европе. Постоянные рекламации и необходимость дорогостоящего ремонта уже проданных авто привели компанию практически к банкротству — в 1969 году она была куплена концерном Volkswagen и слита в одно подразделение с маркой Audi. Производство Ro 80 тем не менее продолжалось до 1977 года; всего было выпущено более 37 тысяч автомобилей. Передовой для конца 1960-х дизайн кузова, сперва не оцененный потребителями, оказал впоследствии влияние, в частности, на популярную модель Audi 100.

NSU Ro 80

Фото: CPC Collection / Alamy / Diomedia

Кстати, лицензию на «ванкель» купил и СССР. 140-сильным роторным двигателем оборудовались версии вазовских «пятерок» и «семерок» для милиции и КГБ. Внешне они не отличались от серийных машин, но на дороге демонстрировали необходимую резвость. В 1990-е малой серией выпускались и «гражданские» 2108 и 21099 с роторным мотором ВАЗ-415, также абсолютно идентичные по дизайну кузова с «нормальными». Обманчивая внешность породила множество шоферских легенд: неприметная «девятка» вдруг срывалась с места и обгоняла солидный BMW (разгон до сотни у роторной версии занимал 9 секунд, а максимальная скорость достигала 190 километров в час).

Экспериментировали с двигателем Ванкеля и французы из Citroen. Однако модель GS Birotor с двухроторным двигателем вышла на рынок в октябре 1973 года — точно в месяц начала крупнейшего нефтяного кризиса. Машина стоила на 70 процентов дороже стандартной модели GS с четырехцилиндровым мотором, а топлива потребляла больше, чем представительская DS. В результате удалось с большим трудом продать 847 экземпляров, после чего производство было свернуто.

В конечном счете на рынке «ванкелей» осталась только Mazda, продолжавшая совершенствовать двигатель и выпустившая около 20 моделей с роторным двигателем. Инженерам японской компании удалось повысить экономичность и снизить объем токсичных выхлопов (еще одна «врожденная болезнь» роторных двигателей), но даже со всеми усовершенствованиями последняя выпускавшаяся роторная модель, RX-8, не соответствовала нормам Евросоюза. В 2010 году ее прекратили продавать в Европе, а в 2012-м было свернуто производство и для других рынков. Спортивные роторные модели Mazda, однако, за почти полвека производства успели завоевать поклонников во многих странах, включая нашу. Вот что рассказывает о своей RX-8 москвич Олег, автолюбитель со стажем:

«Приобрести RX-8 я решил вовсе не из-за роторного двигателя, а скорее вопреки ему. Но ничего похожего на рынке тогда не было: полноценное четырехместное купе с дверями, которые по старой памяти именуют suicide doors — разве что Rolls-Royce. А еще эти «надбровные дуги» над передними колесами… Однако все, с кем я делился идеей, крутили пальцем у виска: «больше 30 тысяч ротор не ходит», «масла жрет столько же, сколько и бензина», «а бензина — как американский грузовик», «ниже нуля не заводится» и так далее. «Зато не угонят», — решил я. Машина пришла зимой, и первые же недели показали, что перемещение по заснеженной Москве не то что бы совсем невозможно, но требует очень крепких нервов — машина норовила уйти в занос в каждом повороте или забуксовать там, где легко проезжала любая переднеприводная малолитражка. Но, как назло, даже в лютый мороз заводилась исправно. Да и сколько той зимы.

Mazda RX-8

Фото: National Motor Museum / Heritage Images / Getty Images

Снег сошел, и Mazda, наконец, оказалась в своей стихии. Да, масло (каждую тысячу приходилось открывать капот и доливать до рисочки), да, расход (в особенно хорошие дни бывало и больше 20 литров на сотню), но все это компенсировалось возможностью обмануть слух окружающих и, раскрутив двигатель до 9000 оборотов, прикинуться гоночным мотоциклом. Точный руль, задний привод и 230 лошадиных сил превращали любую, еще не изобиловавшую тогда камерами дорогу, в гоночный трек практически без моего участия. Даже стоя под окном, машина, казалось, куда-то ехала. Из-под этого окна, разоблачив тем самым еще один миф, ее и угнали. К тому времени, несмотря на то, что роторного двигателя побаивались даже «официалы», машина прошла 70 тысяч километров без намеков на какие-либо неполадки.

Audi A1 E-Tron Concept

Фото: Adrian Moser / Bloomberg / Getty Images

Хотя производство серийных автомобилей с роторным двигателем прекратилось еще пять лет назад, разработчики, похоже, не собираются навсегда расставаться с «ванкелем». Перспективными в этом смысле представляются гибридные силовые установки — благодаря малому размеру роторно-поршневого двигателя. Так, Audi в 2010 году продемонстрировала в Женеве гибридный прототип A1 e-tron concept с 60-сильным электромотором и двигателем Ванкеля рабочим объемом всего 250 кубических сантиметров, развивающим мощность 20 лошадиных сил и выполняющим фактически функцию генераторной установки.

Как выходец из СССР Николай Школьник изобрел самый мощный в мире двигатель

«Газета.Ru» пообщалась с создателями самого мощного в мире двигателя внутреннего сгорания. Как увеличить в разы КПД мотора, в чем отличие нового агрегата от известных роторных двигателей и в чем преимущество советского образования перед американским — в материале отдела науки.

Выходец из СССР, живущий в США, вместе с сыном изобрел, запатентовал и испытал самый мощный и эффективный в мире двигатель внутреннего сгорания. Новый мотор будет в разы превосходить существующие по КПД и уступать по массе.

В 1975 году вскоре после окончания Киевского политехнического института молодой физик Николай Школьник уехал в США, где получил научную степень и стал физиком-теоретиком — его интересовали приложения, связанные с общей и специальной теорией относительности. Поработав в области ядерной физики, молодой ученый открыл в США две компании: одну — занимающуюся программным обеспечением, вторую – разрабатывающую шагающие роботы. Позже он на десять лет занялся консультированием проблемных компаний, занимающихся техническими инновациями.

Однако как инженера Школьника постоянно волновал один вопрос — почему современные автомобильные моторы такие неэкономичные?

И действительно, несмотря на то что поршневой двигатель внутреннего сгорания человечество совершенствует уже полтора века,

КПД бензиновых моторов сегодня не превышает 25%, дизельных — порядка 40%.

Между тем сын Школьника Александр поступил в MIT и получил степень доктора в области компьютерных наук, стал специалистом в области оптимизации систем. Думая над увеличением КПД двигателя, Николай Школьник разработал собственный термодинамический цикл работы двигателя HEHC (High-efficiency hybrid cycle), который стал ключевым этапом в реализации его мечты.

«Последний раз такое происходило в 1892 году, когда Рудольф Дизель предложил новый цикл и создал свой двигатель», — пояснил в интервью «Газете.Ru» Школьник-младший.

Изобретатели остановились на роторном двигателе, принцип которого был предложен в середине XX века немецким изобретателем Феликсом Ванкелем. Идея роторного двигателя проста. В отличие от обычных поршневых моторов, в которых много вращающихся и движущихся частей, снижающих КПД, роторный двигатель Ванкеля имеет овальную камеру и вращающийся внутри нее треугольный ротор, который своим движением образует в камере различные участки, где происходит впуск, сжатие, сгорание и выпуск топлива.

close

100%

Плюсы двигателя — мощность, компактность, отсутствие вибраций. Однако, несмотря на более высокий КПД и высокие динамические характеристики, роторные двигатели за полвека не нашли широкого применения в технике. Одним из немногих примеров серийной установки стало их использование на автомобилях Mazda RX.

Слабыми местами таких моторов являлись ненадежность, связанная с низкой износостойкостью уплотнителей, благодаря которым ротор плотно примыкает к стенкам камеры, и низкая экологичность.

Уже работая в фирме LiquidPiston, основателями которой они стали, Школьники создали свою, абсолютно новую реинкарнацию идеи роторных моторов. Принципиальным в ней было то, что в двигателе Школьников не камера,

а ротор напоминает по форме орех, который вращается в треугольной камере.

Это позволило решить ряд непреодолимых проблем двигателя Ванкеля. Например, пресловутые уплотнители теперь можно делать из железа и крепить их неподвижно к стенкам камеры. При этом масло подводится прямо к ним, в то время как раньше оно добавлялось в сам воздух и, сгорая, создавало грязный выхлоп, а смазывало плохо.

Кроме того, при работе двигателя Школьников происходит так называемое изохорное горение топлива, то есть горение при постоянном объеме, что увеличивает КПД мотора.

Изобретатели создали один за другим пять моделей принципиально нового мотора, последняя из которых в июне была впервые протестирована — ее поставили на спортивный карт. Испытания оправдали все ожидания.

Миниатюрный двигатель размером со смартфон, массой менее 2 кг имеет мощность всего 3 л.с. Двигатель высокооборотистый, работает на частоте 10 тыс. об./мин., но может достигать и 14 тыс. КПД мотора составляет 20%. Это много, учитывая, что обычный поршневой мотор такого же объема в 23 «кубика» имел бы КПД лишь 12%, а поршневой мотор такой же массы дал бы всего 1 л.с.

Но главное, КПД таких моторов резко растет при увеличении их объемов.

Так, следующий двигатель Школьников будет дизельным мотором мощностью 40 л.с., при этом его КПД составит уже 45%, а это выше, чем эффективность лучших дизелей современных грузовиков.

Весить он будет всего 13 кг, притом что его поршневые аналоги такой же мощности сегодня весят под 200 кг.

Этот мотор уже планируется ставить на генератор, который будет вращать колеса дизель-электрического автомобиля. «Если же мы построим еще больший двигатель, мы можем достичь КПД в 60%», — поясняет Школьник.

В перспективе компактные, оборотистые и мощные моторы Школьников планируется использовать там, где эти свойства особенно важны — при конструировании легких дронов, ручных бензопил, газонокосилок и электрогенераторов.

Пока мотор гоняли 15 часов, однако по нормативам, чтобы пойти в производство, он должен отработать непрерывно 50 часов. При этом для автомобильной промышленности требуется надежность мотора на 100 тыс. миль пробега, что пока остается мечтой, признают конструкторы.

«Это самый экономичный, мощный двигатель не только среди роторных, но и всех двигателей внутреннего сгорания.

Это показывают наши измерения, а то, что мы получим на более крупных моторах, мы уже смоделировали на компьютерах», — радуется Школьник-младший.

То, что озвученные цифры — не фантазии изобретателей, подтверждает серьезность намерений инвесторов. Сегодня в стартап уже вложено $18 млн венчурных инвестиций, $1 млн которых дало американское агентство передовых разработок DARPA.

Интерес военных тут понятен. Дело в том, что военными США в авиации применяется в основном топливо JP-8. И военные хотят, чтобы вообще вся армейская техника работала на этом виде топлива, на котором, кстати, могут работать и дизельные моторы.

Но современные дизельные двигатели громоздки, поэтому DARPA так активно присматривается к разработке Школьников.

Александр считает, что создать столь революционный двигатель помогло отчасти образование, которое получил его отец еще в СССР. «Он думает по-другому, не так, как обычный инженер в США. Его фантазия ограничена только физикой. Если физика говорит — что-то возможно, то он верит, что это так, и лишь думает, как это можно сделать», — добавил Александр.

Сам Николай Школьник по-своему рассказывает об истории своего успеха и преимуществах советского образования.

«В США я переживал, что, имея специальность «машиностроение», я не буду иметь достаточного бэкграунда по физике и, особенно, математике.

Эти опасения оказались напрасными благодаря превосходной подготовке, которую я получил в советской школе.

Эта солидная образовательная подготовка до сих пор помогает мне здесь в нашей работе с новым роторным двигателем. С моей точки зрения, есть два больших отличия между американскими инженерами и получившими образование в России. Во-первых, американские инженеры невероятно эффективны в том, что они делают. Обычно требуется два-три русских инженера, чтобы заменить одного американского. Однако русские имеют более широкий взгляд на вещи (связанный с образованием, по крайней мере в мое время) и способность достигать целей с минимумом ресурсов, что называется, на коленке», — поделился размышлениями Николай Школьник.

Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя. Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск

Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт — с дросселем.

Выходной вал

Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки) Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта) Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта — по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т.к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не постоянно меняют направление движения, как поршни в обычном двигателе. В роторных двигателях используются сбалансированные вращающиеся противовесы, предназначенные для гашения вибраций.

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами состава выбросов.
  • Затраты на производство роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество производимых роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива у автомобилей с роторным двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкого коэффициента сжатия.

Mazda возобновит производство роторных двигателей. Они станут экстендерами

Softeis / wikipedia.org

Японская компания Mazda объявила о намерении возобновить выпуск роторных двигателей, которые будут использоваться в качестве экстендеров на перспективных гибридных автомобилях. Как пишет AutoBlog, первый серийный автомобиль с новым роторным двигателем будет выпущен в 2019 году.

Экстендерами принято называть небольшие двигатели внутреннего сгорания на гибридных автомобилях, отвечающие за привод генератора, который, в свою очередь, подзаряжает аккумуляторы и питает ходовые электромоторы в поездке. Экстендер получил такое название благодаря способности увеличивать дальность электрического хода автомобиля.

Компания Mazda занималась выпуском роторных двигателей с 1960-х годов и фактически была единственным серийным производителем таких силовых установок. Они ставились на спортивные автомобили RX-7, Cosmo и RX-8. В 2012 году выпуск автомобилей RX-8 прекратился, а вместе с ними компания перестала производить и роторные двигатели.

В роторных двигателях внутреннего сгорания, в отличие от распространенных поршневых, основу силовой установки составляет ротор, планетарно вращающийся вокруг вала и передающий вращение на него. Во время работы двигателя между ротором и корпусом установки образуются полости переменного объема, выполняющие роль цилиндров. Роторные двигатели Mazda имеют ротор в виде треугольника Рело.

В целом роторные двигатели Mazda имели меньшие, чем поршневые, размеры, но при этом могли выдавать большие мощность и крутящий момент. Тем не менее роторные силовые установки были сложнее в техническом обслуживании.

Как ожидается, на перспективном гибридном автомобиле Mazda, который, предположительно, по своим размерам будет соответствовать Mazda 3, будет установлен роторный двигатель с одним ротором. При этом сама установка будет ориентирована горизонтально. Двигатель будет приводить вал электрогенератора.

Следует отметить, что Mazda уже проводила эксперименты с использованием роторного двигателя в качестве экстендера. В 2013 году компания представила демонстратор технологий гибридного автомобиля с роторным мотором Mazda 2 EV. Дальность хода этой машины на аккумуляторах составляла 200 километров и 380 километров с использованием экстендера.

Василий Сычёв

Устройство роторного двигателя

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах. После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Ротор

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
  • выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Принцип работы

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

Американская компания LiquidPiston будет использовать роторные двигатели для аэротакси

17 марта 2021 г., AviaStat.ru – Американская компания LiquidPiston получила контракт ВВС США на доработку роторных двигателей X-Engine и X-Mini мощностью 50 и 5 лошадиных сил соответственно, к использованию в составе генераторов гибридных аэротакси. Как пишет Aviation Week, работы будут проводиться в рамках программы ВВС США Agility Prime. Об этом пишет N+1.

Программа Agility Prime стартовала в апреле 2020 года. По итогам программы военные могут получить технологии, позволяющие снизить затраты на техническое обслуживание техники и время, необходимое на ее ремонт, а также разработки в области автоматического беспилотного полета, технологии снижения шумности авиационной техники и распределенные двигательные установки.

Кроме того, военные рассчитывают получить технологии, которые позволят сделать летательные аппараты независимыми от инфраструктуры, в том числе и взлетно-посадочных полос. Программа Agility Prime непосредственно связана с тендером на быстрое прототипирование и проведение испытаний электрических и гибридных летательных аппаратов с вертикальными взлетом и посадкой.

В рамках соглашения с ВВС США LiquidPiston должна будет доработать роторные двигатели таким образом, чтобы их можно было установить на гибридные аэротакси. Кроме того, компания должна будет изучить особенности работы таких двигателей при разных погодных условиях и на разных высотах полета.

LiquidPiston занимается разработкой роторных двигателей с 2016 года. Эти силовые установки оснащены воздушным охлаждением и являются мультитопливными. Двигатели работают по дизельному циклу, то есть воспламенение воздушно-топливной смеси происходит за счет ее сжатия.

В 2020 году Армия США заключила с американской компанией LiquidPiston контракты на разработку роторных двигателей для разных классов летательных аппаратов. Соглашение предусматривает разработку компактного роторного двигателя для использования в составе гибридных двигательных установок для беспилотников и создание мотора, который можно будет использовать в качестве вспомогательной силовой установки для вертолетов.

Что такое роторные двигатели и в каких автомобилях они есть?

Роторные двигатели могут звучать как что-то из ушедшей эпохи, и это потому, что в целом так оно и есть. Когда-то считавшиеся самыми эффективными и элегантными двигателями, они были заменены поршневыми двигателями несколько десятилетий назад, главным образом по экономическим и экологическим причинам. Но с новостями о том, что Mazda разрабатывает новый роторный двигатель для своих гибридных моделей, может ли этот тип двигателя вернуться?

Чтобы выяснить это, мы подробно рассмотрим роторные двигатели, включая то, как они работают, каковы их преимущества и какие автомобили работают с этим типом двигателей.Используйте приведенные ниже ссылки для навигации по руководству.

Быстрые ссылки

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, который используется для питания всех видов транспортных средств, от легковых и грузовых автомобилей до лодок и самолетов. Роторные двигатели существуют уже несколько десятилетий и были одним из наиболее широко используемых типов двигателей примерно до 1920-х годов.

Как и обычный поршневой двигатель, роторные двигатели выполняют четыре функции для привода транспортного средства: впуск, сжатие, сгорание и выпуск.Однако они работают совершенно иначе, чем стандартные движки, к которым мы привыкли.

Итак, как же работают роторные двигатели? Вот пошаговый взгляд на то, как выглядит цикл сгорания в роторном двигателе:

  • Впуск — как и в стандартном поршневом двигателе, воздух втягивается в двигатель через впускной клапан, прежде чем попасть в салон. камеру через впускной канал.
  • Компрессия — ротор треугольной формы внутри камеры создает три газонепроницаемых уплотнения; они эффективно выполняют ту же работу, что и поршни в обычном двигателе.Когда ротор вращается, его уникальная форма означает, что эти три объема газа расширяются и сжимаются, втягивая в систему больше воздуха и топлива.
  • Горение — при пике давления внутри каждой из трех газовых камер происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, производящей мощность, которая передается на трансмиссию через выходной вал.
  • Выхлоп — выхлопное отверстие в корпусе двигателя отводит газы, где они выходят через стандартную выхлопную трубу.

Как и в стандартном поршневом двигателе, температура роторных двигателей поддерживается системой охлаждения с проходами для охлаждающей жидкости, выстилающими внешнюю оболочку картера сгорания.Масло также циркулирует по аналогичным каналам, смазывая движущиеся части ротора, выходного вала и клапанов.

Компоненты роторного двигателя

Роторные двигатели могут показаться сложными, но на самом деле они не имеют такого количества движущихся частей и компонентов, как поршневой двигатель. Ниже мы рассмотрим основные компоненты роторного двигателя, чтобы вы лучше поняли, как все работает.

Ротор

Ротор представляет собой трехсторонний компонент с вогнутыми сторонами, которые обеспечивают газонепроницаемое уплотнение при нажатии на боковую часть корпуса.На каждой стороне ротора есть впускное отверстие или карман, который позволяет большему объему газа внутри корпуса, эффективно увеличивая скорость рабочего объема двигателя.

Ротор вращается на паре шестерен, прикрепленных к валу в центре корпуса. Эти шестерни позволяют ему вращаться таким образом, что край каждой стороны ротора всегда находится в контакте с корпусом, сохраняя три отдельных кармана сгорания. Думайте об этом как о спирографе с ротором, вращающимся с небольшим смещением.

Корпус

Корпус является основным корпусом роторного двигателя. Его овальная форма предназначена для максимального увеличения рабочего объема двигателя, позволяя ротору вращаться так, чтобы его края находились в постоянном контакте с внутренней стенкой корпуса.

Когда ротор вращается внутри корпуса, каждый из газовых карманов проходит через четыре части цикла сгорания: от впуска до сжатия, от сгорания до выпуска. Свечи зажигания и топливные форсунки вставляются непосредственно через стенку корпуса, а каналы вокруг снаружи пропускают масло и охлаждающую жидкость через систему, сохраняя ее целостность и температуру.

Выходной вал

Выходной вал передает энергию, генерируемую сжатием и сгоранием, на трансмиссию, передавая мощность на колеса. Сам вал снабжен круглыми выступами, которые контактируют с ротором, заставляя вал вращаться.

Есть ли преимущества роторных двигателей в автомобилях?

Роторные двигатели встречаются редко, большинство производителей автомобилей используют обычные поршневые двигатели с 1920-х годов. Это потому, что они считаются менее экономичными, чем их поршневые аналоги, в основном потому, что они предлагают более низкий термодинамический КПД из-за размера камеры сгорания и низкой степени сжатия.

Однако роторный двигатель предлагает некоторые преимущества по сравнению с поршневым двигателем, в том числе:

  • Плавный и тихий — роторный двигатель работает более плавно, чем движение поршней, что приводит к более тихой и изысканной работе. почувствовать себя на дороге. Противовесы на внешней стороне поворотного корпуса предназначены для гашения вибрации и обеспечения плавной работы.
  • Меньше движущихся частей — роторные двигатели имеют меньше движущихся частей, чем обычные двигатели.Это не только повышает надежность, но и делает техническое обслуживание более доступным в долгосрочной перспективе.
  • Более медленное внутреннее движение — поршневые двигатели требуют быстрого и интенсивного движения вверх и вниз для создания необходимой степени сжатия для привода автомобиля. Это означает, что их внутренние части подвергаются чрезмерной нагрузке, что может привести к преждевременной деградации без регулярного обслуживания. Роторные двигатели работают медленнее, с однократным движением в одном направлении, что означает, что их части испытывают меньшую нагрузку, и это улучшает долгосрочную надежность.

Какие автомобили имеют роторный двигатель?

Очень немногие современные автомобили имеют роторный двигатель. Из-за недостатков, связанных с их экономичностью, а также относительной дороговизной их производства, большинство автопроизводителей придерживаются поршневых двигателей. Но не каждый из них.

Японская автомобильная марка Mazda экспериментирует с роторными двигателями с 1960-х годов. Его первым успехом стало Cosmo Coupé 1967 года, которое прославилось своим эффективным и сверхгладким роторным двигателем.С тех пор было разработано несколько других моделей с роторными двигателями, включая RX-7, RX-8 и роторную версию Mazda 2, выпущенную еще в 2013 году.

А теперь Mazda объявила о планах построить Совершенно новый роторный двигатель, который будет использоваться вместе с электродвигателем в качестве расширителя диапазона его гибридно-электрических транспортных средств. Бренд считает, что роторный агрегат идеально подходит для гибридного автомобиля, обеспечивая надежную работу с гораздо большим совершенством, чем стандартный поршневой двигатель.

Не только это, но и роторные двигатели, как считается, очень хорошо работают с топливом следующего поколения, особенно с водородом. Более длительный период впуска воздуха, предлагаемый роторным двигателем, очень эффективен при смешивании воздуха и топлива, поэтому можно впрыскивать большее количество водорода для правильного смешивания топлива и воздуха, повышая эффективность и производительность.

С новой инновацией Mazda, возможно, последуют и другие марки автомобилей, которые помогут выполнить нормативные требования по выбросам. Ожидается, что роторный двигатель получит новый облик 21 века.

Мы надеемся, что вам понравилась эта статья, в которой подробно рассказано о роторных двигателях. Хотели бы вы, чтобы на дорогах было больше автомобилей с роторными двигателями? Присоединяйтесь к разговору в Redex Club и дайте нам знать. Или же, чтобы узнать о наших инновационных топливных присадках и очистителях системы, посетите домашнюю страницу сегодня .

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели.Но в роторном двигателе это делается совершенно по-другому.

Если вы посмотрите внимательно, вы увидите, что лепесток смещения на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.

Сердце роторного двигателя — это ротор. Это примерно эквивалент поршней в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом выступе выходного вала. Этот выступ смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка кривошипа на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала.Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток по узким кругам, поворачивая три раза на за каждый оборот ротора.

По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, меняют размер. Это изменение размера вызывает перекачивающее действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

Впуск

Фаза впуска цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие.В тот момент, когда впускное отверстие выходит в камеру, объем этой камеры близок к своему минимуму. Когда ротор движется мимо впускного отверстия, объем камеры увеличивается, втягивая в нее топливно-воздушную смесь.

Когда пик ротора проходит через впускной канал, эта камера закрывается и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение вокруг корпуса, объем камеры становится меньше, и топливно-воздушная смесь сжимается.К тому времени, когда поверхность ротора добралась до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. Это когда начинается горение.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна заглушка. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро растет, заставляя ротор двигаться.

Давление сгорания заставляет ротор перемещаться в направлении увеличения объема камеры.Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.

Выхлоп

Как только пик ротора проходит через выхлопное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из выхлопа. По мере того как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из порта. К тому времени, когда объем камеры приближается к своему минимуму, пик ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

Особенность роторного двигателя заключается в том, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в одной части цикла — за один полный оборот ротора будет три такта сгорания. Но помните, что выходной вал вращается три раза за каждый полный оборот ротора, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один ход сгорания.

50 ЛЕТ РОТАЦИОННОЙ РЕВОЛЮЦИИ

Без роторного двигателя, наверное, не было бы Mazda.А без Mazda роторный двигатель, конечно, не производился бы почти 50 лет.
Именно инженеры Mazda реализовали уникальную концепцию двигателя Феликса Ванкеля и довели ее до коммерческого успеха пять десятилетий назад в этом году.
Роторный двигатель меньше и легче обычного поршневого двигателя, с превосходным соотношением мощности к массе. Поскольку в нем нет возвратно-поступательных деталей — только трехсторонний ротор, вращающийся в корпусе, он также работает тише и плавнее. Ротор также обеспечивает выдающуюся производительность при заданном рабочем объеме.Это было большим прорывом для компании, полной автолюбителей. Mazda
также применила роторный двигатель, чтобы отличаться от других, — философия «бросить вызов условностям», которая сохраняется и по сей день. В 1950-х и 1960-х годах Министерство международной торговли и промышленности Японии, архитектор послевоенной промышленной политики страны, пыталось сделать свой зарождающийся автомобильный сектор конкурентоспособным на мировом рынке. Он хотел упростить количество автопроизводителей, мотивируя это тем, что более крупные производители с большей вероятностью будут конкурировать с американскими и европейскими тяжеловесами.Небольшие производители автомобилей, такие как Mazda, оказались уязвимыми для принудительного слияния.
Но производитель автомобилей, который «думает иначе», первопроходец смелого нового типа двигателя, имел гораздо больше шансов сохранить свою независимость. Роторный двигатель: отличная причина купить Mazda — автомобиль, который понравился не только тем, кто просто хотел добраться из пункта А в пункт Б, но и поклонникам вождения.
Высоко оцененный роторный Cosmo Sport (также известный как 110S) 1967 года не только укрепил репутацию Mazda как небольшого, но очень влиятельного автопроизводителя, но в конечном итоге гарантировал компании постоянное место на автомобильном небосклоне.

Преодоление невзгод

В то время как другие автопроизводители пытались сделать роторный двигатель успешным, но безуспешно, Mazda упорно отказывалась позволить сложным двигателям встать у них на пути. Постоянно возникающая проблема заключалась в появлении царапин, получивших название «следы дьявольских когтей», на внутренней поверхности корпуса двигателя. Это было вызвано тем, что верхние уплотнения треугольного ротора дергались, а не плавно скользили по внутреннему корпусу. Такая оценка привела к плохой стойкости уплотнения и вызвала преждевременный отказ от предложений роторных двигателей от многих других производителей автомобилей (см. Панель справа).Инженеры Mazda
под руководством Кеничи Ямамото в конечном итоге не только решили проблему с уплотнением из графит-алюминиевого сплава, но и устранили другие недостатки, такие как чрезмерный расход масла и отсутствие крутящего момента на низких оборотах. В конце концов роторный двигатель стал реальным, сочетая надежность с впечатляющей мощностью для своего размера.
Эта выигрышная комбинация привела к значительному успеху продаж Mazda в 1970-х годах. Около 100 000 автомобилей с роторным приводом было продано в США только в 1972 году, а в оставшееся десятилетие половина автомобилей Mazda была произведена с роторным двигателем.

Известные роторы

Роторный двигатель Mazda Wankel

| Как работает роторный двигатель

Мы не видели последнего вращающегося треугольника.

Еще в марте Мартин тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, повсюду зажигал редукторы, когда он сказал голландскому изданию автомобильных новостей ZERauto, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.

В частности, тен Бринк сказал, что роторный двигатель может стать расширителем запаса хода для электромобиля в 2019 году, и пока это всего лишь слухи.Mazda Motor of America не будет обсуждать и подтверждать комментарии десяти Бринка, сообщая нам только, что «Mazda не объявила о каких-либо конкретных продуктах с роторным двигателем в настоящее время. Однако Mazda продолжает работать над технологиями роторных двигателей ».

Так что же такого особенного в этом легендарном двигателе, который так взволновал всех своим возвращением? И почему на этот раз все может быть иначе?

Как это работает

Getty Images

Роторный двигатель — это бочкообразный двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют многие основные детали, которые можно найти в обычном поршневом двигателе.Во-первых, нет поршней, которые поднимаются и опускаются. Скорее округло-треугольные роторы — чаще всего два, но иногда один или три — вращаются вокруг вала через полый цилиндр.

Топливо и воздух закачиваются в пространства между сторонами роторов и внутренними стенками ствола, где они воспламеняются. Быстрое расширение взрывающихся газов вращает роторы, генерируя таким образом энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель легче и меньше, чем поршневой двигатель эквивалентного рабочего объема.

Базовая конструкция — вековая. Сам Феликс Ванкель был немецким инженером, который в 1920-х годах придумал свою версию роторного двигателя. Однако, поскольку он был занят разжиганием войны от имени нацистской партии, у него не было возможности развить свое видение слишком далеко до 1951 года, когда немецкий автопроизводитель NSU пригласил его разработать прототип.

Сложная конструкция Ванкеля фактически проиграла более простому прототипу, разработанному инженером Хансом Дитером Пашке, которого NSU также пригласил, чтобы попытаться раскрыть оригинальную концепцию Ванкеля.Двигатель Пашке — это двигатель, которым Mazda станет обладать и станет лидером в 21 веке. Таким образом, современный Ванкель — это не совсем Ванкель.

Getty Images

Помимо перечисленных проблем, Ванкель является наиболее распространенной и успешной конструкцией роторного двигателя, и единственной, которая была запущена в серийное производство. Еще в начале 60-х у NSU и Mazda было дружеское совместное соревнование по продаже первого автомобиля с двигателем Ванкеля, поскольку они исправляли недостатки незрелого дизайна.NSU первым вышел на рынок в 1964 году, но в течение следующего десятилетия он разрушил свою репутацию, поскольку частые отказы двигателей снова и снова отправляли владельцев в магазин. Вскоре нередко можно было найти NSU Spider или Ro 80 с тремя или более двигателями.

Проблема заключалась в уплотнениях на вершине — тонких полосах металла между концами вращающихся роторов и корпусами ротора. НСУ сделало их из трех слоев, что привело к неравномерному износу, сделавшему их гранатометами. Mazda придумала уплотнения вершины, сделав их из одного слоя, и представила свой Wankel в роскошном спортивном автомобиле Cosmo 1967 года.

В начале 70-х Mazda представила себе целую линейку автомобилей с двигателями Ванкеля, мечту, которая была разбита нефтяным кризисом 1973 года. Но роторный двигатель стал единственной силовой установкой для трех поколений спортивных Mazda RX-7 с 1978 по 2002 год, когда двигатель Ванкеля почитали и осуждали.

Любили и ненавидели

Популярная механика

Редукторы

любят ротор отчасти потому, что он другой.Автолюбители всегда питали слабость к двигателю, который, если не считать внутреннего сжигания бензина, едва ли похож на обычный поршневой двигатель. Роторный двигатель выдает мощность линейно до 7000 или 8000 об / мин, в зависимости от характеристик двигателя, и этот плоский диапазон мощности отличает его от поршневых двигателей с оптимальным числом оборотов, которые слишком часто расходуют мощность на высоких оборотах, чувствуя себя безжалостно на низких оборотах.

Автопроизводителям понравился поворотный механизм за его плавность. Роторы, вращающиеся вокруг центральной оси, обеспечивают незначительное отсутствие вибрации по сравнению с поршневым двигателем, у которого движение поршня вверх и вниз является более резким.Но необычный двигатель — это незнакомое животное, поэтому поляризующий Ванкель также вызывает свою долю ненависти среди автолюбителей и механиков. Это простой дизайн — без ремня ГРМ, без распределительного вала, без коромысел — но незнакомость порождает недоверие, а у Ванкеля есть причуды, требующие внимания.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Роторный двигатель сжигает масло по своей конструкции, закачивая небольшое количество моторного масла в камеры сгорания для смазки роторов, создавая обычный поток синего дыма, вырывающийся из выхлопной трубы, когда вы заводите автомобиль.Честно говоря, это пугает людей — синий дым выхлопных газов является сигналом бедствия, когда исходит от поршневого двигателя.

Роторы также предпочитают минеральное масло синтетическому, и их конструкция означает, что вам необходимо периодически доливать масло, потому что двигатель постоянно его потребляет. Эти верхние уплотнения, как правило, не прослужат долго, прежде чем их потребуется заменить. Восстановление Ванкеля на расстоянии 80 000–100 000 миль является обычным делом, и раньше, чем большинство поршневых двигателей, нуждаются в такой кропотливой работе.

Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторного двигателя, более низким выбросам и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед ее выпуском.В модели RX-8 Mazda решила эти проблемы, разместив выхлопные отверстия по бокам камер сгорания. Выбросы топлива также стали строже с годами. Это одна из причин, по которой RX-8, последний автомобиль с двигателем Ванкеля, поступил в продажу в 2002 году и был снят с производства в 2012 году.

Время для второго поворота

Вернемся к слухам вице-президента Mazda Мартейна тен Бринка о том, что Mazda может использовать какой-нибудь роторный двигатель в качестве расширителя запаса хода для электромобиля. В этом есть смысл. Еще в 2012 году Mazda арендовала 100 электромобилей Demio EV в Японии, но небольшой запас хода в 124 мили был болезненным моментом.Итак, в 2013 году Mazda создала прототип, который включал в себя поворотный расширитель диапазона, чтобы почти удвоить этот диапазон, и назвала его Mazda2 RE Range Extender (Mazda2 — это то, что Demio называют за пределами Японии). Колеса прототипа приводились в движение электродвигателем, а 0,33-литровый 38-сильный роторный двигатель раскручивался для подзарядки аккумуляторов электродвигателя, если они разряжались, а поблизости негде было подзарядить.

Поскольку роторный двигатель не мог приводить в движение колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius.Ванкель был скорее бортовым генератором, который увеличивал дальность действия автомобиля. Та же компактность и легкий вес, которые сделали Ванкель отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным в качестве генератора с увеличенным запасом хода на автомобиле, особенно на том, у которого уже есть электродвигатели и батареи, конкурирующие за пространство и не позволяю себе набирать лишний вес. Но концепция расширителя запаса хода не попала в производство, и Mazda не продала электромобили со времени тех 100 электромобилей Demio.

Тем не менее, роторный двигатель заработал свою репутацию в основном как двигатель спортивного автомобиля, а не как генератор, приводимый в движение электродвигателями. Пока ходят слухи о возрождении роторного типа, автолюбители будут мечтать об этом суетливом, причудливом двигателе, который снова приводит колеса в крутую, крутую поездку.

Мэтью Джансер Мэтт Джансер — южанин, писатель, пишущий об автомобилях и природе. Если его не окружают какие-то вещи или он не просит животных оставаться на месте для фотографий, вы найдете его на обочине дороги под капотом старой машины, который разбирает оборудование для выхлопа и ругается.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Роторный двигатель АТФ-синтазы

F1 приводится в движение торсионно-асимметричным приводным валом

  • Сток, Д., Гиббонс, К., Аречага, И., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Вращающийся механизм АТФ-синтазы.Curr. Opin. Struct. Биол. 10. С. 672–679 (2000).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Йошида М., Мунеюки Э. и Хисабори Т. АТФ-синтаза — чудесный роторный двигатель клетки. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2, 669–677 (2001).

    CAS Статья Google ученый

  • Юнге, В., Зилафф, Х. и Энгельбрехт, С. Генерация крутящего момента и упругая передача мощности во вращающейся F0F1-АТФазе.Nature 459, 364–370 (2009).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Нодзи, Х., Ясуда, Р., Йошида, М. и Киносита, К. Прямое наблюдение за вращением F1-АТФазы. Nature 386, 299–302 (1997).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Itoh, H. et al. Механически управляемый синтез АТФ F1-АТФазой. Nature 427, 465–468 (2004).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Хаусрат, А. К., Грюбер, Г., Мэтьюз, Б. В. и Капальди, Р. А. Структурные особенности субъединицы γ АТФазы F1 Escherichia coli, выявленные с помощью карты с разрешением 4,4 Å, полученной с помощью рентгеновской кристаллографии. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 96, 3697–3702 (1999).

    Артикул Google ученый

  • Зилафф, Х., Rennekamp, ​​H., Engelbrecht, S. & Junge, W. Функциональные положения остановки вращающейся F0F1-АТФазы коррелируют с кристаллическими структурами. Биофиз. J. 95, 4979–4987 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

  • Сан, С., Чендлер, Д., Диннер, А. и Остер, Г. Упругое накопление энергии в β-листах с применением к F1-АТФазе. Евро. Биофиз. J. 32, 676–683 (2003).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Шток, Д., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Молекулярная архитектура роторного двигателя в АТФ-синтазе. Science 286, 1700–1705 (1999).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Abrahams, J. P., Leslie, A. G. W., Lutter, R. & Walker, J. Структура F1-АТФазы из сердца — митохондрии крупного рогатого скота при разрешении 2,8 Å. Nature 370, 621–628 (1994).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Элстон, Т., Ван Х. и Остер Г. Энергетическая трансдукция в АТФ-синтазе. Nature 391, 510–513 (1998).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Имамура, Х. и др. Доказательства вращения V1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci USA 100, 2312–2315 (2003).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Beyenbach, K. W. & Wieczorek, H.Н + АТФаза V-типа: молекулярная структура и функции, физиологические роли и регуляция. J. Exp. Биол. 209. С. 577–589 (2006).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Minagawa, Y. et al. Основные свойства вращательной динамики V1-АТФазы молекулярного мотора Enterococcus hirae. J. Biol. Chem. 288. С. 32700–32707 (2013).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

  • Томас Мейер1, К.Д., В. В. П. Д. Патрик Пользер 2. Строение роторного кольца Na + — АТФазы F-типа из ilyobacter tartaricus. Science 308, 659–662 (2005).

  • Бойер П. Д. АТФ-синтаза — великолепная молекулярная машина. Анну. Rev. Biochem. 66, 717–749 (1997).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Wang, H. & Oster, G. Преобразование энергии в двигателе F1 АТФ-синтазы. Nature 396, 279–282 (1998).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Ван, Х. и Остер, Г. Трещотки, силовые удары и молекулярные двигатели. Прил. Phys. А 75, 315–323 (2002).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Гаспар П. и Герритсма Э. Стохастическая хемомеханика молекулярного двигателя F1-АТФазы. J. Theor. Биол. 247, 672–686 (2007).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Кавагути, К., Sasa, S. & Sagawa, T. Неравновесный транспорт без диссипации в F1-АТФазе и термодинамическая роль асимметричного аллостеризма. Биофиз. J. 106, 2450–2457 (2014).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

  • Ясуда, Р., Нодзи, Х., Киносита, К. и Йошида, М. F1-АТФаза — это высокоэффективный молекулярный двигатель, который вращается с дискретными шагами в 120 °. Cell 93, 1117–1124 (1998).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Киносита, К., Ясуда, Р., Нодзи, Х. и Адачи, К. Роторный молекулярный двигатель, который может работать с почти 100% -ным КПД. Филос. Пер. R. Soc. Лондон. В 355, 473–489 (2000).

    CAS Статья Google ученый

  • Тоябе, С., Ватанабэ-Накаяма, Т., Окамото, Т., Кудо, С. и Мунеюки, Э. Термодинамическая эффективность и механохимическое связывание F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 108, 17951–17956 (2011).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Окадзаки, К.-Я. И Хаммер, Г. Высвобождение фосфата связано с вращательным движением F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 110, 16468–16473 (2013).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Mekherjee, S. & Warshel, A. Рассмотрение роли γ-субъединицы во вращательно-химическом взаимодействии и генерации крутящего момента F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 112, 2746–2751 (2015).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Рейманн, П.Броуновские моторы: шумный транспорт далеко от равновесия. Phys. Реп. 361, 57–265 (2002).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Parmeggiani, A., Jülicher, F., Ajdari, A. & J.Prost. Преобразование энергии изотермических трещоток. Phys. Ред. E 60, 2127–2140 (1999).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Тоябе, С.& Мунеюки, Э. Одномолекулярная термодинамика синтеза АТФ F1-АТФазой. New J. Phys. 17, 015008 (2015).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Хаяси, К., Уэно, Х., Иино, Р. и Нодзи, Х. Теорема о флуктуации применительно к F1-АТФазе. Phys. Rev. Lett. 104, 218103 (2010).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый

  • Ватанабэ-Накаяма, Т.и другие. Влияние внешнего крутящего момента на управляемое АТФ вращение F1-АТФазы. Biochem. Биофиз. Res. Comm. 366, 951–957 (2008).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Furuike, S. et al. Безосевая F1-АТФаза вращается в правильном направлении. Science 319, 955–958 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Учихаси, Т., Иино, Р., Андо, Т. и Ноджи, Х. Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия выявляет роторный катализ безроторной F1-АТФазы. Science 333, 755–758 (2011).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Ясуда, Р., Ноджи, Х., Йошида, М., Киносита, К. и Ито, Х. Разрешение отдельных вращательных подшагов с помощью субмиллисекундного кинетического анализа F1-АТФазы. Nature 410, 898–904 (2001).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Юлихер, Ф., Ajdari, A. & Prost, J. Моделирование молекулярных двигателей. Ред. Мод. Phys. 69, 1269–1281 (1997).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Sielaff, H. et al. Податливость домена и передача упругой энергии во вращающейся F0F1-АТФазе. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 105, 17760–17765 (2008).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Czub, J. & Grubmüller, H.Торсионная эластичность и энергетика F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 108, 7408–7413 (2011).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Сан, С. X., Ван, Х. и Остер, Г. Асимметрия в F1-АТФазе и ее значение для цикла вращения. Биофиз. J. 86, 1373–1384 (2004).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый

  • Пянке, О., Черепанов, Д. А., Гумбиовски, К., Энгельбрехт, С. и Юнг, В. Вязкоупругая динамика актиновых филаментов, связанных с вращающейся f-АТФазой: профиль крутящего момента фермента. Биофиз. J. 81, 1220–1233 (2001).

    Артикул PubMed PubMed Central Google ученый

  • Furuike, S. et al. Разрешение ступенчатого вращения в АТФ-синтазе thermus thermophilus с помощью зонда практически без сопротивления. Nature Comm. 6, 233 (1–9) (2011).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Сакаки, ​​Н.и другие. Один вращающийся механизм для F1-АТФазы при изменении концентрации АТФ от миллимолярной до наномолярной. Биофиз. J. 88, 2047–2056 (2005).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Бильярд Т. и др. Одномолекулярная характеристика ферментативных состояний в F1-АТФазе e-coli с высоким разрешением. Филос. Пер. R. Soc. Лондон. В 368, 20120023 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • Нойкирх, С., Гориели, А. и Хаусрат, А. С. Хиральность спиральных катушек: вопросы упругости. Phys. Rev. Lett. 100, 038105 (2008).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый

  • Neukirch, S., Goriely, A. & Hausrath, A.C. Эластичные спиральные спирали действуют как энергетические буферы в АТФ-синтазе. Intl. J. Нелинейный мех. 43, 1064–1073 (2008).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Suezaki, Y.& Go, N. Колебания и механическая прочность α-спиралей полиглицина и поли (L-аланина). Биополимеры 15, 2137–2153 (1976).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Чоу, С. и Сан, С. X. Эластичность альфа-спиралей. J. Chem. Phys. 122, 244912 (2005).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый

  • Ландау, Л.Д., Лифшиц, Э. М. Теория упругости, т. 7 из Курс теоретической физики (Pergamon Press, Oxford, 1970).

  • Эванс, К. Э., Нканса, М. А., Хатчинсон, И. Дж. И Роджерс, С. С. Проектирование молекулярных сетей. Nature 353, 124 (1991).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Lakes, R. S. Пенные конструкции с отрицательным коэффициентом Пуассона. Science 235, 1038 (1987).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Альбертс, Б., Брей Д. и Льюис Дж. Эссенциальная клеточная биология (Garland Science, Нью-Йорк, 2013), 4 изд.

  • Гаспари, З. и Нитрей, Л. Спиральные спирали как возможные модели эволюции структуры белка. Bio. Мол. Concepts 2, 199–210 (2011).

    CAS Google ученый

  • Крик, Ф. Х. С. Упаковка α-спиралей: Простые спиральные витки. Acta Crystallogr. 6. С. 689–697 (1953).

    CAS Статья МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Коэн, К.И Парри, Д.А.Д. α-спиральные спиральные спирали и пучки: как сконструировать α-спиральный белок. Proteins 7, 1–15 (1990).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Вольгемут, К. В. и Сан, С. X. Упругость α-спиральных витков. Phys. Rev. Lett. 97, 248101 (2006).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый

  • Yogurtcua, O.Н., Вольгемут, К. В. и Сан, С. X. Механический отклик и конформационное усиление в α-спиральных спиральных катушках. Биофиз. J. 99, 3895–3904 (2010).

    Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый

  • Ямакава, Х. Спиральные червеобразные цепи в растворах полимеров (Springer, Heidelberg, 1997).

  • Хокинс Р. Дж. И Маклиш Т. Б. Динамическая аллостерия белков α-спиральных спиральных спиралей. J. R. Soc. Интерфейс 3, 125–138 (2006).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Лю, Дж. И др. Катушка с семью спиралями. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 103, 15457–15462 (2006).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • Бланделл, Дж. Р., Терентьев, Э. М. Растяжение полугибких волокон и их сетей. Macromolecules 42, 5388–5394 (2009).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый

  • Нельсон П.Биологическая физика (В. Х. Фриман, Нью-Йорк, 2007).

  • Фейнман, Р. П., Лейтон, Р. Б. и Сэндс, М. Лекции Фейнмана по физике, т. 1 (Аддисон-Уэсли, 1963).

  • Beyenbach, K. W. & Wieczorek, H. Н + АТФаза V-типа: молекулярная структура и функция, физиологические роли и регуляция. J. Exp. Биол. 209. С. 577–589 (2006).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • Мурата, Т., Ямато, И., Какинума, Ю., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Структура ротора Na + АТФазы V-типа из Enterococcus hirae. Science 308, 654–659 (2005).

    CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый

  • АТФ-синтаза — чудесный роторный двигатель клетки

  • 1

    Бойер, П. Д. АТФ-синтаза — великолепная молекулярная машина. Annu. Rev. Biochem. 66 , 717–749 (1997). Ротационный катализ Бойера и модель изменения альтернативного связывания кратко рассмотрены.

    CAS Статья Google ученый

  • 2

    Митчелл П. Связь фосфорилирования с переносом электронов и водорода по механизму хемиосмотического типа. Nature 191 , 144–148 (1961). Эта статья представила новую концепцию хемиосмотической теории в области биоэнергетики.

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 3

    Канадзава, Х., Каяно, Т., Мабучи, К. и Футаи, М. Нуклеотидная последовательность генов, кодирующих α-, β- и γ-субъединицы протон-транслоцирующей АТФазы Escherichia coli . Biochem. Биофиз. Res. Commun. 103 , 604–612 (1981).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 4

    Уокер, Дж. Э., Фернли, И. М., Гей, Н. Дж., Гибсон, Б. В. и Тайбулевич, В. Л. Дж. Первичная структура и стехиометрия субъединиц F1-АТФазы из митохондрий крупного рогатого скота. J. Mol. Биол. 184 , 677–701 (1985).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 5

    Hudson, G. S. et al. Кластер генов в геномах хлоропластов шпината и гороха, кодирующих одну CF1 и три CFo субъединицы комплекса H + -АТФ-синтазы и рибосомный белок S2. J. Mol. Биол. 196 , 283–298 (1987).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 6

    Абрахамс, Дж.П., Лесли, А. Г., Латтер, Р. и Уокер, Дж. Э. Структура при 2,8 Å F1-АТФазы из митохондрий бычьего сердца. Nature 370 , 621–628 (1994). Демонстрация молекулярной структуры основной части фермента убедительно указала на вращение центральной субъединицы γ, окруженной цилиндром α 3 β 3 -субъединиц.

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 7

    Ноджи, Х., Ясуда, Р., Йошида, М. и Киносита, К. Дж. Прямое наблюдение за вращением F1-АТФазы. Nature 386 , 299–302 (1997). Яркая прямая демонстрация вращения субъединицы γ.

    CAS Статья Google ученый

  • 8

    Tsunoda, S.P. et al. Наблюдения за вращением внутри FoF1-АТФ-синтазы: выбор между вращением кольца субъединицы Fo c и артефактом. FEBS Lett. 470 , 244–248 (2000).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 9

    Менц, Р. И., Уокер, Дж. Э. и Лесли, А. Г. У. Кристаллическая структура бычьей митохондриальной F1-АТФазы с нуклеотидом, связанным со всеми тремя каталитическими сайтами: последствия для механизма роторного катализа. Ячейка 106 , 331-341 (2001). Три связанных адениновых нуклеотида в каталитических центрах и слегка закрученная субъединица γ привели к предположению о промежуточной структуре во время катализа. | Содержание Страница |

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 10

    Ясуда, Р., Ноджи, Х., Киносита, К. Дж. И Йошида, М. F1-АТФаза — это высокоэффективный молекулярный двигатель, который вращается с дискретными шагами в 120 °. Cell 93 , 1117–1124 (1998).

    CAS Статья Google ученый

  • 11

    Сунг, Р.K. et al. Питание неорганического наноустройства с помощью биомолекулярного двигателя. Наука 290 , 1555–1558 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 12

    Остер, Г. и Ван, Х. Почему эффективность АТФазы F1 так высока? J. Bioenerg. Биомембр. 32 , 459–469 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 13

    Ясуда, р., Ноджи, Х., Йошида, М., Киносита, К. Дж. И Ито, Х. Разрешение отдельных вращательных подшагов с помощью субмиллисекундного кинетического анализа F1-АТФазы. Nature 410 , 898–904 (2001). Поворот шага на 120 ° делится на подшаги на 90 ° и 30 °. Связывание АТФ запускает первое, а высвобождение ADP · P i выполняет второй подшаг.

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 14

    Яги, Х.и другие. Функциональные изменения конформации в субъединице F1-АТФазы β, зондированной 12 остатками тирозина. Biophys. J. 77 , 2175–2183 (1999).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

  • 15

    Цунода, С. П., Мунеюки, Э., Амано, Т., Йошида, М. и Нодзи, Х. Поперечное сшивание двух субъединиц β в закрытой конформации в F1-АТФазе. J. Biol. Chem. 274 ​​, 5701–5706 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 16

    Ren, H., Dou, C., Stelzer, MS & Allison, WS Окисление субкомплекса α3 (βD311C / R333C) 3γ термофильной F1-АТФазы Bacillus PS3 указывает на то, что только две β-субъединицы могут одновременно существовать в замкнутой конформации. J. Biol. Chem. 274 ​​, 31366–31372 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 17

    Каялар, К., Rosing, J. A. N. & Boyer, P. D. Последовательность чередующихся сайтов для окислительного фосфорилирования, предложенная путем измерения паттернов связывания субстрата и ингибирования обменных реакций. J. Biol. Chem. 252 , 2486–2491 (1977).

    CAS PubMed Google ученый

  • 18

    Грессер М. Дж., Майерс Дж. А. и Бойер П. Д. Кооперативность каталитического сайта митохондриальной F1 аденозинтрифосфатазы говяжьего сердца.Корреляция измерений начальной скорости, связанного промежуточного продукта и кислородного обмена с чередующейся трехузельной моделью. J. Biol. Chem. 257 , 12030–12038 (1982).

    CAS PubMed Google ученый

  • 19

    Weber, J., Wilke-Mounts, S., Lee, RSF, Grell, E. & Senior, AE. Специфическое размещение триптофана в каталитических сайтах Escherichia coli F1-АТФаза обеспечивает прямой анализ Связывание нуклеотидов: максимальный гидролиз АТФ происходит при трех занятых сайтах. J. Biol. Chem. 268 , 20126–20133 (1993).

    CAS PubMed Google ученый

  • 20

    Ren, H. & Allison, W. S. О том, что заставляет γ-субъединицу вращаться во время гидролиза АТФ с помощью F1. Biochim. Биофиз. Acta 1458 , 221–233 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 21

    Хакни, Д. Д., Розен, Г.И Бойер, П. Д. Взаимодействие субъединиц во время катализа: кооперативность чередующихся сайтов в фотофосфорилировании проявляется в субстратной модуляции образования [ 18 O] АТФ. Proc. Natl Acad. Sci. США 76 , 3646–3650 (1979).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 22

    Хакни, Д. и Бойер, П. Д. Взаимодействие субъединиц во время катализа. Последствия концентрационной зависимости кислородного обмена, сопровождающего окислительное фосфорилирование, для кооперативности чередующихся сайтов. J. Biol. Chem. 253 , 3164–3170 (1978).

    CAS PubMed Google ученый

  • 23

    Чжоу, Ю., Дункан, Т. М. и Кросс, Р. Л. Вращение субъединиц в Escherichia coli FoF1-АТФ-синтаза во время окислительного фосфорилирования. Proc. Natl Acad. Sci. США 94 , 10583–10587 (1997).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 24

    Шток, Д., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Молекулярная архитектура роторного двигателя в АТФ-синтазе. Наука 286 , 1700–1705 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 25

    Sambongi, Y. et al. Механическое вращение олигомера с-субъединицы в АТФ-синтазе (FoF1): прямое наблюдение. Наука 286 , 1722–1724 (1999).

    CAS Статья Google ученый

  • 26

    Pänke, O., Gumbiowski, K., Junge, W. & Engelbrecht, S. F-ATPase: специфическое наблюдение за вращающимся олигомером c-субъединицы EFoEF1. FEBS Lett. 472 , 34–38 (2000).

    PubMed Статья Google ученый

  • 27

    Цунода, С. П., Аггелер, Р., Йошида, М. и Капальди, Р. А. Вращение олигомера с-субъединицы в полностью функциональной АТФ-синтазе F1Fo. Proc. Natl Acad. Sci. США 98 , 898–902 (2001).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 28

    Хатчеон, М. Л., Дункан, Т. М., Нгаи, Х. и Кросс, Р. Л. Энергетическое вращение субъединицы на границе между субъединицей а и олигомером с в секторе Fo АТФ-синтазы Escherichia coli . Proc. Natl Acad. Sci. США 98 , 8519–8524 (2001).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 29

    Растоги, В.К. и Гирвин, М. К. Структурные изменения, связанные с транслокацией протонов субъединицей c АТФ-синтазы. Nature 402 , 263–268 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 30

    Seelert, H. et al. Структурная биология. Протонная турбина заводского двигателя. Nature 405 , 418–419 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 31

    Штальберг, Х.и другие. Бактериальная Na + -АТФ-синтаза имеет некамерный ротор. EMBO Rep. 2 , 229–233 (2001).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

  • 32

    Jiang, W., Hermolin, J. & Fillingame, R.H. Предпочтительная стехиометрия c-субъединиц во вращающемся моторном секторе Escherichia coli АТФ-синтазы составляет 10. Proc. Natl Acad. Sci. США 98 , 4966–4971 (2001).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 33

    Schemidt, R.A., Qu, J., Williams, J. R. & Brusilow, W. S. Влияние источника углерода на экспрессию генов Fo и на стехиометрию c-субъединицы в АТФазе F1Fo Escherichia coli . J. Bacteriol. 180 , 3205–3208 (1998).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 34

    Sorgen, P.Л., Бабб М. Р. и Каин Б. Д. Удлинение второй ножки АТФ-синтазы F1Fo в Escherichia coli . J. Biol. Chem. 274 ​​, 36261–36266 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 35

    Элстон Т., Ван Х. и Остер Г. Трансдукция энергии в АТФ-синтазе. Nature 391 , 510–513 (1998).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 36

    Димрот, П., Wang, H., Grabe, M. & Oster, G. Энергетическая трансдукция в натриевой F-АТФазе Propionigenium modestum . Proc. Natl Acad. Sci. США 96 , 4924–4929 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 37

    Ruppert, C. et al. Протеолипид АТФ-синтазы A1A0 из Methanococcus jannaschii имеет шесть предсказанных трансмембранных спиралей, но только две карбоксильные группы, перемещающие протоны. J. Biol. Chem. 274 ​​, 25281–25284 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 38

    Aufurth, S., Schagger, H. & Muller, V. Идентификация субъединиц a, b и c1 из Acetobacterium woodii Na + -F1Fo-ATPase. Субъединицы c1, c2 и c3 составляют смешанный c-олигомер. J. Biol. Chem. 275 , 33297–33301 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 39

    Junge, W., Лилль, Х. и Энгельбрехт, С. АТФ-синтаза: электрохимический преобразователь с вращательной механикой. Trends Biochem. Sci. 22 , 420–423 (1997).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 40

    Miller, M.J., Oldenburg, M. & Fillingame, R.H. Существенная карбоксильная группа в субъединице c АТФ-синтазы F1Fo может перемещаться, а функция H + -транслокации сохраняется. Proc. Natl Acad.Sci. США 87 , 4900–4904 (1990).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 41

    Nalin, C.M. & McCarty, R.E. Роль дисульфидной связи в γ-субъединице в активации АТФазы фактора связывания хлоропластов 1. J. Biol. Chem. 259 , 7275–7280 (1984).

    CAS PubMed Google ученый

  • 42

    Werener-Gruene, S., Gunkel, D., Schumann, J. & Strotmann, H. Вставка хлоропластоподобного регуляторного сегмента, ответственного за модуляцию тиола, в γ-субъединицу FoF1-АТФазы цианобактерии Synechocystis 6803 посредством мутагенеза atpC. Мол. Genet Genet. 244 , 144–150 (1994).

    Google ученый

  • 43

    Bald, D., Noji, H., Stumpp, MT, Yoshida, M. & Hisabori, T. Активность АТФазы высокостабильного субкомплекса α3β3γ термофильного F1 может регулироваться введенной регуляторной областью γ- субъединица хлоропласта F1. J. Biol. Chem. 275 , 12757–12762 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 44

    Лебовиц, М. С. и Педерсен, П. Л. Белковый ингибитор митохондриальной АТФ-синтазы: взаимосвязь структуры ингибитора с pH-зависимой регуляцией. Arch. Biochem. Биофиз. 330 , 342–354 (1996).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 45

    Кабесон, Э., Аречага, И., Джонатан, П., Батлер, Г. и Уокер, Дж. Э. Димеризация бычьей F1-АТФазы путем связывания белка-ингибитора IF1. J. Biol. Chem. 275 , 28353–28355 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 46

    Cabezon, E., Butler, P.J., Runswick, M.J. и Walker, J.E. Модуляция состояния олигомеризации бычьего белка-ингибитора F1-АТФазы, IF1, с помощью pH. J. Biol.Chem. 275 , 25460–25464 (2000).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 47

    Jault, J. M. & Allison, W. S. Медленное связывание АТФ с некаталитическими участками связывания нуклеотидов, которые ускоряют катализ, является причиной очевидной отрицательной кооперативности, проявляемой бычьей митохондриальной F1-АТФазой. J. Biol. Chem. 268 , 1558–1566 (1993).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 48

    Мацуи, Т.и другие. Каталитическая активность комплекса α3β3γ F1-АТФазы без некаталитического сайта связывания нуклеотидов. J. Biol. Chem. 272 , 8215–8221 (1997).

    CAS PubMed Статья PubMed Central Google ученый

  • 49

    Минков И.Б., Васильева Е.А., Фитин А.Ф., Виноградов А.Д. Дифференциальные эффекты АДФ на АТФазу и окислительное фосфорилирование в субмитохондриальных частицах. Biochem.Int. 1 , 478–485 (1980).

    CAS Google ученый

  • 50

    Bald, D. et al. Синтез АТФ с помощью FoF1-АТФ-синтазы, независимый от некаталитических сайтов связывания нуклеотидов и нечувствительный к ингибированию азидов. J. Biol. Chem. 273 , 865–870 (1998).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 51

    Роджерс, А. Дж. И Уилс, М.C. Структура γ – комплекса АТФ-синтазы. Nature Struct. Биол. 7 , 1051–1054 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 52

    Гиббонс, К., Монтгомери, М. Г., Лесли, А. Г. и Уокер, Дж. Э. Структура центрального стебля в бычьей F1-АТФазе с разрешением 2,4 Å. Nature Struct. Биол. 7 , 1055–1061 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 53

    Вилкенс, С.И Капальди, Р. А. Структура раствора ɛ-субъединицы F1-АТФазы из Escherichia coli и взаимодействия этой субъединицы с β-субъединицами в комплексе. J. Biol. Chem. 273 , 26645–26651 (1998).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 54

    Хара, К. Ю., Като-Ямада, Ю., Кикучи, Ю., Хисабори, Т. и Йошида, М. Роль мотива βDELSEED F1-АТФазы; распространение ингибирующего действия ɛ-субъединицы. J. Biol. Chem. 276 , 23969–23973 (2001). |

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 55

    Като-Ямада Ю., Йошида М. и Хисабори Т. Движение спирального домена субъединицы необходимо для активации термофильной F1-АТФазы. J. Biol. Chem. 275 , 35746–35750 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 56

    Цунода, С.P. et al. Большие конформационные изменения субъединицы β в бактериальной АТФ-синтазе F1Fo обеспечивают храповое действие, регулирующее этот вращательный моторный фермент. Proc. Natl Acad. Sci. США 98 , 6560–6564 (2001).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 57

    Lohse, D. & Strotmann, H. Реакция, связанная с ΔpH-зависимой активацией хлоропласта H + -ATPase. Biochim. Биофиз.Acta 976 , 94–101 (1989).

    CAS Статья Google ученый

  • 58

    Галкин М.А., Виноградов А.Д. Энергозависимая трансформация каталитической активности митохондриальной Fo × F1-АТФ-синтазы. FEBS Lett. 448 , 123–126 (1999).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 59

    Фишер, С., Gräber, P. & Turina, P. Активность АТФ-синтазы из Escherichia coli регулируется трансмембранной протонной движущей силой. J. Biol. Chem. 275 , 30157–30162 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 60

    Kaim, K. & Dimroth, P. Синтез АТФ с помощью АТФ-синтазы F-типа обязательно зависит от трансмембранного напряжения. EMBO J. 18 , 4118–4127 (1999).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

  • 61

    Пуллман М. Э., Пенефски Х. С., Датта А. и Ракер Э. Частичное разделение ферментов, катализирующих окислительное фосфорилирование. I. Очистка и свойства растворимой динитрофенол-стимулированной аденозинтрифосфатазы. J. Biol. Chem. 235 , 3322–3329 (1960).

    CAS PubMed Google ученый

  • 62

    Пенефски, Х.С., Пуллман, М. Е., Датта, А. и Ракер, Е. Частичное разделение фермента, катализирующего окислительное фосфорилирование. II. Участие растворимой аденозинтрифосфатазы в окислительном фосфорилировании. J. Biol. Chem. 235 , 3330–3336 (1960).

    CAS PubMed Google ученый

  • 63

    Митчелл, концепция дыхательной цепи П. Кейлина и ее хемиосмотические последствия. Наука 206 , 1148–1159 (1979).|

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 64

    Jagendorf, A. T. & Uribe, E. Образование АТФ, вызванное кислотно-основным переходом хлоропластов шпината. Proc. Natl Acad. Sci. США 55 , 170–177 (1966). Переломный момент в хемиосмотической теории Митчелла. После этого многие люди стали рассматривать хемиосмотическую теорию как самую сильную гипотезу окислительного и фотофосфорилирования.

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 65

    Кагава Ю. и Ракер Э. Частичное разделение фермента, катализирующего окислительное фосфорикирование. XXV. Восстановление везикул, катализирующих 32 Пиаденозинтрифосфатный обмен. J. Biol. Chem. 246 , 5477–5487 (1971). Самое убедительное свидетельство хемиосмотической теории. Метод восстановления мембранных белков, описанный здесь, оказал глубокое влияние на область биохимии мембран.

    CAS Google ученый

  • 66

    Сон, Н., Йошида, М., Хирата, Х. и Кагава, Ю. Синтез аденозинтрифосфата с помощью электрохимического протонного градиента в везикулах, восстановленных из очищенной аденозинтрифосфатазы и фосфолипидов термофильных бактерий. J. Biol. Chem. 252 , 2956–2960 (1977).

    CAS PubMed Google ученый

  • 67

    Бойер, П.D. Энергия, жизнь и АТФ. Angew. Chem. Int. Эд. 37 , 2296–2307 (1998).

    Артикул Google ученый

  • 68

    Грубмейер, К., Кросс, Р. Л., Пенефски, Х. С. Механизм гидролиза АТФ митохондриальной АТФазой сердца говядины. Константы скорости для элементарных стадий катализа на одном сайте. J. Biol. Chem. 257 , 12092–12100 (1982).

    CAS PubMed Google ученый

  • 69

    Уокер, Дж.E. Синтез АТФ с помощью вращательного катализа , 208–234 (Фонд Нобеля, Стокгольм, 1997).

    Google ученый

  • 70

    Дункан, Т. М., Булыгин, В. В., Чжоу, Ю., Хатчеон, М. Л. и Кросс, Р. Л. Вращение субъединиц во время катализа Escherichia coli F1-АТФазой. Proc. Natl Acad. Sci. США 92 , 10964–10968 (1995).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 71

    Ивата, С.и другие. Полная структура 11-субъединичного комплекса бычьего митохондриального цитохрома bc 1. Наука 281 , 64–71 (1998).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 72

    Tsukihara, T. et al. Структуры металлических сайтов окисленной оксидазы цитохрома c сердца крупного рогатого скота при 2,8 Å. Наука 269 , 1069–1074 (1995).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 73

    Ягендорф, А.Т. и Смит, М. Разъединение фосфорилирования в хлоропластах шпината отсутствием катионов. Plant Physiol. 37 , 135–141 (1962).

    CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

  • 74

    Фессенден, Дж. М. и Ракер, Э. Частичное разделение фермента, катализирующего окислительное фосфорилирование. XI. Стимуляция окислительного фосфорилирования факторами сочетания и олигомицином; ингибирование антителом против фактора связывания 1. J. Biol. Chem. 241 , 2483–2489 (1966).

    CAS PubMed PubMed Central Google ученый

  • 75

    Adachi, K. et al. Пошаговое вращение F1-АТФазы визуализируется с помощью однофлуорофорной визуализации с угловым разрешением. Proc. Natl Acad. Sci. США 97 , 7243–7247 (2000).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 76

    Улин, У., Кокс, Г. Б. и Гасс, Дж. М. Кристаллическая структура-субъединицы транслокации протонов АТФ-синтазы из Escherichia coli . Структура 5 , 1219–1230 (1997).

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • Изобретатель роторного двигателя Феликс Ванкель родился

    Немецкий инженер Феликс Ванкель, изобретатель роторного двигателя, который будет использоваться в гоночных автомобилях, родился 13 августа 1902 года в Ларе, Германия.

    Ванкель, как сообщается, придумал основную идею нового типа бензинового двигателя внутреннего сгорания, когда ему было всего 17 лет. В 1924 году Ванкель основал небольшую лабораторию, где он начал исследования и разработку двигателя своей мечты, который мог бы обеспечивать впуск, сжатие, сгорание и выхлоп во время вращения. Он привнес свои знания в области поворотных клапанов в свою работу с Немецким институтом авиационных исследований во время Второй мировой войны и в ведущую немецкую мотоциклетную компанию NSU Motorenwerk AG, начиная с 1951 года.Ванкель завершил свою первую конструкцию роторно-поршневого двигателя в 1954 году, а первый блок был испытан в 1957 году.

    В других двигателях внутреннего сгорания движущиеся поршни выполняли работу по запуску процесса сгорания; в роторном двигателе Ванкеля этой цели служил вращающийся ротор в форме изогнутого равностороннего треугольника. Меньшее количество движущихся частей позволило создать двигатель с плавной работой, который был легким, компактным, недорогим и требовал меньшего количества ремонтов. После того, как NSU официально объявило о завершении роторного двигателя Ванкеля в конце 1959 года, около 100 компаний по всему миру поспешили предложить партнерские отношения, которые позволят внедрить двигатель в их продукцию.Mazda, японский автопроизводитель, подписала официальный контракт с NSU в июле 1961 года после получения одобрения от правительства Японии.

    В попытке поэкспериментировать с роторным двигателем и усовершенствовать его для использования в своих транспортных средствах, Mazda создала в 1963 году исследовательский отдел RE (Rotary Engine). Cosmo Sport, выпущенный Mazda в мае 1967 года, стал первым на планете двойным двигателем. роторный роторный двигатель автомобиля. Благодаря футуристическому стилю и превосходным характеристикам Cosmo поразил автолюбителей во всем мире. Mazda начала устанавливать роторные двигатели на свои седаны и купе в 1968 году, и эти автомобили попали в категорию U.S. в 1971 году. После мирового нефтяного кризиса 1973-74 годов Mazda постоянно работала над улучшением своих роторных двигателей для повышения топливной экономичности, и к концу того десятилетия ее спортивные автомобили стали популярными как в Европе, так и в странах Европы. Соединенные Штаты Помимо Mazda, ряд других компаний лицензировали двигатель Ванкеля в 1960-х и 1970-х годах, в том числе Daimler-Benz, Alfa Romeo, Rolls Royce, Porsche, General Motors, Suzuki и Toyota.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.