Подавляющее большинство двигателей внутреннего сгорания для наземного транспорта – это поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением поршня и преобразованием этого движения во вращательное с помощью кривошипно-шатунного механизма. Двигатели такой кинематической схемы технологичны и имеют наилучшее соотношение площади поверхности камеры сгорания к ее объему. Вместе с тем наличие достаточно массивных деталей, совершающих возвратно-поступательно движение, является недостатком этих двигателей, так как приводит к появлению значительных сил инерции [1, 2]. Для того чтобы подвижные детали двигателя выдерживали усилия от сил инерции, эти детали приходится упрочнять и, соответственно, утяжелять, ограничивая частоту вращения вала двигателя. Возникает проблема уравновешивания действия сил инерции с тем, чтобы избегать нежелательных вибраций.
Стремление избавиться от недостатков двигателей с возвратно-поступательным движением поршней обусловило многочисленные попытки создания различных вариантов роторных двигателей внутреннего сгорания. Большинство предложенных конструкций роторных двигателей оказались по тем или иным причинам неработоспособными [3].
К настоящему времени работоспособный вариант роторно-поршневого двигателя (РПД) с приемлемыми показателями, в том числе по надежности, удалось создать лишь на основе конструктивной схемы, предложенной Феликсом Ванкелем [1, 3]. Принципиальная схема РПД Ванкеля приведена на рис. 1.
В рабочей полости, образованной внутренним пространством корпуса двигателя, называемого также статором, и двумя плоскими крышками, перемещается плоский трехгранный ротор. Вершины ротора скользят по поверхности, имеющей в плане (рис. 1) двухэпитрохоидную форму. Ротор эксцентрично посажен на вал двигателя и имеет жестко связанную с ним самим шестерню с внутренним зацеплением. Эта шестерня сцеплена с зубьями малой шестерни, неподвижно закрепленной на крышке корпуса. Обкатывая шестерню на крышке корпуса, ротор совершает планетарное движение и, благодаря эксцентричному расположению на валу, создает вращающий момент. Отношение числа зубьев на роторе к числу зубьев на крышке корпуса равно 3 : 2, вследствие чего ротор вращается в три раза медленнее основного вала РПД. Вершины ротора разделяют рабочую полость двигателя на три камеры, в каждой из которых за один полный оборот ротора происходят последовательно процессы впуска, сжатия, сгорания и расширения, выпуска.