Zasada działania silnika rotacyjnego w motoryzacji. Silnik obrotowy: zasada działania

Branża motoryzacyjna stale się rozwija. Nic dziwnego, że pojawiają się alternatywne technologie, które jednak rzadko pojawiają się u mnie w masowej produkcji. Do nich można zaliczyć silniki obrotowe.

Ważny! Szybki impuls do rozwoju motoryzacji dał wynalezienie silnika spalinowego. W rezultacie samochody zaczęły jeździć na paliwie płynnym i rozpoczęła się era benzyny.

Maszyny z silnikiem rotacyjnym

Obrotowy silnik tłokowy został wynaleziony przez NSU. Twórcą aparatu został Walter Freude. Niemniej jednak to urządzenie w kręgach naukowych nosi imię innego naukowca, a mianowicie Wankla.

Faktem jest, że nad tym projektem pracował duet inżynierów. Ale główna rola w tworzeniu urządzenia należała do Freuda. Podczas gdy pracował nad technologią obrotową, Wankel pracował nad innym projektem, który zakończył się niczym.

Niemniej jednak w wyniku tajnych gier wszyscy znamy teraz ten aparat jako silnik obrotowy Wankla. Pierwszy działający model został zmontowany w 1957 roku. NSU Spider stał się samochodem pionierskim. W tym czasie był w stanie rozwinąć prędkość stu pięćdziesięciu kilometrów. Moc silnika „Spider” wynosiła 57 litrów. z.

„Spider” z silnikiem rotacyjnym był produkowany od 1964 do 1967 roku. Ale to nie stało się powszechne. Jednak producenci samochodów nie zrezygnowali z tej technologii. Co więcej, wypuścili kolejny model - NSU Ro-80 i stał się prawdziwym przełomem. Dużą rolę odegrał właściwy marketing.

Zwróć uwagę na tytuł. Zawiera już informację, że maszyna jest wyposażona w silnik obrotowy. Być może efektem tego sukcesu była instalacja tych silników w tak znanych samochodach jak:

• Citroen GS Birotor,
• Mercedes-Benz C111,
• Korweta Chevroleta,
• Ładowarka 21018.

Silniki obrotowe zyskały największą popularność w kraju „Wschodzącego Słońca”. Japońska firma Mazda podjęła ryzykowny krok jak na tamte czasy i zaczęła produkować samochody z wykorzystaniem tej technologii.

Pierwszym znakiem od firmy Mazda był samochód Cosmo Sport. Nie można powiedzieć, że zyskała ogromną popularność, ale znalazła swoją publiczność. Był to jednak dopiero pierwszy krok do wejścia silników rotacyjnych na rynek japoński, a wkrótce także na rynek światowy.

Japońscy inżynierowie nie tylko nie rozpaczali, ale wręcz przeciwnie, zaczęli pracować z potrojoną siłą. Efektem ich pracy jest seria, którą z zachwytem wspominają wszyscy ścigający się na ulicy w dowolnym kraju na świecie - w skrócie Rotor-eXperiment lub RX.

W ramach tej serii wydano kilka legendarnych modeli, w tym Mazdę RX-7. Powiedzieć, że ten samochód z silnikiem rotacyjnym był popularny, to nic nie mówić. Od niej zaczęły miliony fanów wyścigów ulicznych. Przy stosunkowo niskiej cenie miał niesamowite parametry techniczne:

• przyspieszenie do setek - 5,3 sekundy;
• maksymalna prędkość - 250 kilometrów na godzinę;
• moc - 250-280 koni mechanicznych, w zależności od modyfikacji.

Samochód jest prawdziwym dziełem sztuki, jest lekki i zwrotny, a jego silnik jest godny podziwu. Dzięki opisanym powyżej cechom ma objętość zaledwie 1,3 litra. Posiada dwie sekcje, a napięcie pracy wynosi 13V.

Uwaga! Mazda RX-7 była produkowana od 1978 do 2002 roku. W tym czasie wyprodukowano około miliona samochodów z silnikami rotacyjnymi.

Niestety ostatni model z tej serii został wydany w 2008 roku. Mazda RX8 uzupełnia legendarną gamę. Właściwie w tym miejscu historię silnika rotacyjnego w masowej produkcji można uznać za kompletną.

Zasada działania

Wielu ekspertów motoryzacyjnych uważa, że ​​projektowanie konwencjonalnego aparatu tłokowego należy pozostawić w odległej przeszłości. Niemniej jednak miliony samochodów wymagają godnej wymiany, niezależnie od tego, czy silnik obrotowy może się nimi stać, zastanówmy się.

Zasada działania silnika obrotowego opiera się na ciśnieniu, które powstaje podczas spalania paliwa. Główną częścią konstrukcji jest wirnik, który odpowiada za tworzenie ruchów o pożądanej częstotliwości. W rezultacie energia jest przekazywana do sprzęgła. Wirnik wypycha go, przenosząc na koła.

Wirnik ma kształt trójkąta. Materiałem konstrukcyjnym jest stal stopowa. Część znajduje się w owalnym korpusie, w którym w rzeczywistości zachodzi rotacja, a także szereg procesów ważnych dla produkcji energii:

• kompresja mieszanki,
• wtrysk paliwa,
• tworzenie iskry,
• Zapas tlenu,
• zrzut surowców odpadowych.

Główną cechą urządzenia z silnikiem obrotowym jest to, że wirnik ma bardzo nietypowy wzorzec ruchu. Rezultatem tego rozwiązania konstrukcyjnego są trzy komórki całkowicie odizolowane od siebie.

Uwaga! W każdej komórce zachodzi pewien proces.

Pierwsza komórka otrzymuje mieszankę powietrzno-paliwową. Mieszanie odbywa się we wnęce. Następnie wirnik przenosi otrzymaną substancję do następnej komory. To tutaj odbywa się kompresja i zapłon.

Zużyte paliwo jest usuwane w trzeciej komórce. Skoordynowana praca trzech przedziałów jest właśnie tym, co daje niesamowite osiągi, które zademonstrowano na przykładzie samochodów z serii RX.

Ale główny sekret urządzenia tkwi w czymś zupełnie innym. Faktem jest, że procesy te nie powstają jeden po drugim, zachodzą natychmiast. W rezultacie w jednym obrocie przechodzą trzy cykle.

Powyżej przedstawiono schemat działania podstawowego silnika obrotowego. Wielu producentów próbuje unowocześnić technologię, aby osiągnąć większą wydajność. Niektórym się udaje, innym zawodzą.

Japońskim inżynierom udało się. Wspomniane powyżej silniki Mazdy mają do trzech wirników. Możesz sobie wyobrazić, o ile wzrośnie wydajność w tym przypadku.

Podajmy ilustrujący przykład. Weźmy konwencjonalny silnik RPD z dwoma wirnikami i znajdźmy najbliższy odpowiednik - sześciocylindrowy silnik spalinowy. Jeśli dodamy do projektu kolejny wirnik, to szczelina będzie nawet kolosalna - 12 cylindrów.

Rodzaje silników obrotowych

Wiele firm motoryzacyjnych podjęło się produkcji silników rotacyjnych. Nic dziwnego, że wprowadzono wiele modyfikacji, z których każda ma swoją własną charakterystykę:

1. Obrotowy silnik o ruchu wielokierunkowym. Wirnik nie obraca się tutaj, lecz obraca się wokół własnej osi. Proces kompresji odbywa się między łopatkami silnika.
2. Silnik z pulsacyjnym wirnikiem obrotowym. Wewnątrz korpusu znajdują się dwa wirniki. Kompresja następuje między ostrzami tych dwóch elementów, gdy zbliżają się i wycofują.
3. Silnik obrotowy z klapą uszczelniającą - Ta konstrukcja jest nadal szeroko stosowana w silnikach pneumatycznych. W przypadku obrotowych silników spalinowych komora, w której następuje zapłon, jest zasadniczo zmieniona.
4. Silnik obrotowy napędzany ruchami obrotowymi. Uważa się, że ten konkretny projekt jest najbardziej zaawansowany technicznie. Nie ma tu części posuwisto-zwrotnych. Dlatego silniki obrotowe tego typu z łatwością osiągają 10 000 obr./min.
5. Planetarny silnik rotacyjny jest pierwszą modyfikacją wymyśloną przez dwóch inżynierów.

Jak widać nauka nie stoi w miejscu, znaczna ilość typów silników obrotowych pozwoli nam mieć nadzieję na dalszy rozwój technologii w odległej przyszłości.

Zalety i wady silnika rotacyjnego

Jak widać, silniki obrotowe były wówczas dość popularne. Co więcej, legendarne samochody rzeczywiście były wyposażone w silniki tej klasy. Aby zrozumieć, dlaczego ta jednostka została zainstalowana w zaawansowanych modelach japońskich samochodów, musisz poznać wszystkie jej zalety i wady.

Godność

Z przedstawionego wcześniej tła wiesz już, że silnik rotacyjny kiedyś przyciągał uwagę producentów silników z kilku powodów:

1. Zwiększona zwartość projektu.
2. Lekka waga.
3. RPD jest dobrze wyważony i wytwarza minimalne wibracje podczas pracy.
4. Liczba części zamiennych w silniku jest o rząd wielkości mniejsza niż w analogu tłoka.
5. RPD ma wysokie właściwości dynamiczne

Najważniejszą zaletą RPD jest wysoka gęstość mocy. Samochód z silnikiem rotacyjnym może rozpędzić się do 100 kilometrów bez przełączania na wysokie biegi przy zachowaniu dużej liczby obrotów.

Ważny! Zastosowanie silnika rotacyjnego pozwala na osiągnięcie zwiększonej stabilności pojazdu na drodze dzięki idealnemu rozłożeniu masy.

niedogodności

Teraz nadszedł czas, aby dowiedzieć się więcej, dlaczego pomimo wszystkich zalet większość producentów przestała montować silniki rotacyjne w swoich samochodach. Wady RPD obejmują:

1. Zwiększone zużycie paliwa podczas pracy na niskich obrotach. W najbardziej wymagających maszynach może osiągnąć 20-25 litrów na 100 kilometrów.
2. Trudność w produkcji. Na pierwszy rzut oka konstrukcja silnika obrotowego jest znacznie prostsza niż silnika tłokowego. Ale diabeł tkwi w szczegółach. Wykonanie ich jest niezwykle trudne. Dokładność geometryczna każdej części musi być na idealnym poziomie, w przeciwnym razie wirnik nie będzie w stanie przejść krzywej epitrochoidalnej z prawidłowym wynikiem. Do jego produkcji RPD wymaga bardzo precyzyjnego sprzętu, który kosztuje dużo pieniędzy.
3. Silnik rotacyjny często się przegrzewa. Wynika to z niezwykłej konstrukcji komory spalania. Niestety, nawet po wielu latach inżynierowie nie byli w stanie naprawić tej wady. Nadmiar energii wytworzony przez spalanie paliwa nagrzewa cylinder. Powoduje to znaczne zużycie silnika i skraca jego żywotność.
4. Również silnik rotacyjny cierpi na spadki ciśnienia. Efektem tego efektu jest szybkie zużycie uszczelek. Żywotność jednego dobrze zmontowanego RPD mieści się w zakresie od 100 do 150 tysięcy kilometrów. Po przejściu tego kamienia milowego remont nie jest już możliwy.
5. Skomplikowana procedura wymiany oleju. Zużycie oleju silnika rotacyjnego na 1000 kilometrów wynosi 600 mililitrów. Aby części zostały odpowiednio nasmarowane, olej należy wymieniać co 5000 km. Jeśli nie zostanie to zrobione, bardzo prawdopodobne jest poważne uszkodzenie kluczowych elementów urządzenia.

Jak widać, pomimo wybitnych zalet, RPD ma szereg istotnych wad. Niemniej jednak działy projektowe wiodących firm motoryzacyjnych wciąż starają się unowocześnić tę technologię i kto wie, może pewnego dnia odniosą sukces.

Wyniki

Silniki rotacyjne mają wiele istotnych zalet, są dobrze wyważone, pozwalają na szybki wzrost prędkości i zapewniają prędkość do 100 km w 4-7 sekund. Ale silniki obrotowe mają również wady, z których główną jest krótki okres użytkowania.

Wynalezienie silnika spalinowego dało impuls do produkcji samochodów napędzanych paliwem płynnym. Silniki te ewoluowały w historii przemysłu motoryzacyjnego: pojawiły się różne konstrukcje silników. Jedną z najbardziej postępowych, ale nigdy nie rozpowszechnioną konstrukcji silników stała się jednostka z obrotowym tłokiem. W dzisiejszym artykule porozmawiamy o cechach tego typu silnika, jego zaletach i wadach.

Historia

Silnik z tłokiem obrotowym został opracowany przez duet inżynierów NSU - Felix Wankel i Walter Freude. I choć główna rola w tworzeniu silnika rotacyjnego należy do Freude (drugi uczestnik projektu w tym czasie pracował nad projektem innego silnika), w środowisku motoryzacyjnym jednostka napędowa znana jest jako silnik Wankla.

Elektrownia została zmontowana i przetestowana w 1957 roku. Pierwszym samochodem wyposażonym w silnik z tłokami obrotowymi był samochód sportowy NSU Spider, który rozwijał prędkość 150 km/h przy mocy silnika 57 koni mechanicznych. Model ten był produkowany przez trzy lata (1964-1967).

Prawdziwie masowo produkowany samochód z silnikiem rotacyjnym był drugim pomysłem NSU - sedanem Ro-80.

Nazwa samochodu wskazywała, że ​​model jest wyposażony w jednostkę obrotową. Następnie silniki obrotowe zostały zainstalowane w Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (C111), Chevrolet (Corvette), VAZ (21018) i tak dalej. Ale najbardziej masową produkcję modeli z silnikiem rotacyjnym stworzyła japońska firma Mazda. Od 1964 roku firma wyprodukowała kilka pojazdów z tego typu elektrownią, a model Cosmo Sport stał się pionierem w tej branży. Najsłynniejszy model z silnikiem z tłokiem obrotowym, który został wyprodukowany przez tego producenta – RX (Rotor-eXperiment). Produkcja ostatniego modelu z tej rodziny, specjalnej wersji Spirita R, została zakończona w połowie 2012 roku. Jednak nie wszystkie egzemplarze obrotowego G8 są jeszcze wyprzedane – oficjalny dealer Mazdy w Indonezji nadal sprzedaje te samochody.

Urządzenie

Cechą silnika spalinowego z tłokiem obrotowym jest obecność w jego konstrukcji trójkątnego wirnika - tłoka. Obraca się w specjalnie ukształtowanym cylindrze. Wirnik jest osadzony na wale i jest połączony z kołem zębatym, które z kolei posiada sprzęgło ze stojanem - koło zębate. Wirnik obraca się wokół stojana po tzw. krzywej epitrochoidalnej, jego łopatki na przemian zachodzą na komory cylindra, w których spalane jest paliwo.

W konstrukcji silnika obrotowego nie ma mechanizmu dystrybucji gazu - jego funkcję pełni sam wirnik, który za pomocą łopatek rozprowadza napływającą palną mieszankę i uwalnia gazy zużyte w cylindrze. Taka konstrukcja silnika pozwala zrezygnować z wielu elementów, które są niezwykle potrzebne w prostym silniku tłokowym (np. wał korbowy, korbowody), co po pierwsze pozwala zmniejszyć gabaryty i wagę jednostki napędowej, a po drugie, aby obniżyć koszty jego produkcji.

Zalety i wady

Nie na próżno silnik z tłokami obrotowymi przyciągnął uwagę wielu wybitnych firm motoryzacyjnych. Jego konstrukcja i zasada działania umożliwiły uzyskanie kilku dość znaczących przewag nad konwencjonalnymi silnikami.

Po pierwsze, silnik z tłokiem obrotowym, dzięki swojej konstrukcji, miał najlepsze wyważenie spośród innych typów elektrowni i podlegał minimalnym wibracjom.

Po drugie, ta elektrownia miała doskonałe właściwości dynamiczne: bez znacznego obciążenia silnika samochód z silnikiem z tłokiem obrotowym może z łatwością przyspieszyć do 100 km / h lub więcej na niskim biegu przy wysokich prędkościach obrotowych silnika.

Po trzecie, silnik obrotowy jest bardziej kompaktowy i lżejszy niż standardowa jednostka tłokowa. Ta cecha pozwoliła projektantom na osiągnięcie niemal idealnego rozkładu masy wzdłuż osi, co wpłynęło na stabilność auta na drodze.

Po czwarte, wykorzystuje znacznie mniejszą liczbę komponentów i zespołów niż silnik konwencjonalny.

Wreszcie, po piąte, silnik obrotowy ma wysoką gęstość mocy.

niedogodności

Wadą silnika z tłokiem obrotowym, przez co nie mógł on dostać się do masowego użytku i nie jest obecnie stosowany w samochodach wszystkich marek, to przede wszystkim wysokie zużycie paliwa przy niskich obrotach. W niektórych modelach dochodzi do 20 litrów na 100 km przebiegu, co, jak widać, wcale nie jest ekonomiczne i uderza w kieszeń właściciela auta z silnikiem rotacyjnym.

Po drugie, wadą tego typu silnika jest złożoność wytwarzania jego części: aby wirnik prawidłowo przeszedł krzywą epitrochoidalną, wymagana jest wysoka dokładność geometryczna przy tworzeniu zarówno samego wirnika, jak i cylindra. W tym celu producenci silników obrotowych stosują bardzo precyzyjny i drogi sprzęt, a koszt produkcji jest wliczony w cenę samochodu.

Po trzecie, silnik obrotowy jest podatny na przegrzanie ze względu na konstrukcję komory spalania: ma kształt soczewkowaty, a nie kulisty, jak w konwencjonalnych silnikach tłokowych. Mieszanka paliwowa spalająca się w takiej komorze zamienia się w energię cieplną, która w większości jest zużywana nieefektywnie – jej nadmiar nagrzewa cylinder, co ostatecznie prowadzi do zużycia.

Po czwarte, wysokie zużycie uszczelek między dyszami wirnika na skutek spadków ciśnienia w komorach spalania silnika. Dlatego zasób takich silników wynosi 100-150 tys. Km, po czym z reguły wymagana jest jednostka napędowa.

Po piąte, silnik z tłokiem obrotowym wymaga terminowej i dokładnej procedury: silnik zużywa około 600 ml oleju silnikowego na 1000 km, więc należy go wymieniać co 5000 km. Jeśli nie zostanie wymieniony na czas, jest obarczony awarią komponentów i zespołów silnika, co pociągnie za sobą kosztowne naprawy. Oznacza to, że do obsługi i konserwacji silników z tłokami obrotowymi należy podchodzić bardziej odpowiedzialnie niż do konserwacji silników konwencjonalnych, przeprowadzając ich konserwację i remonty na czas.

Koncepcja silnika obrotowego jest dość interesująca. Tak duże koncerny jak Mazda, Citroen, Mercedes-Benz i General Motors produkowały samochody z silnikami rotacyjnymi, ale później je porzuciły. W tym artykule przyjrzymy się zasadzie działania obrotowego silnika spalinowego, a także zaletom i wadom tej konstrukcji.

Co to jest silnik obrotowy

Obrotowy silnik tłokowy (RPE) to klasa silników cieplnych, połączona rodzajem ruchu elementu roboczego lub wirnika. W szczególnym przypadku takiego urządzenia można wyróżnić obrotowe silniki spalinowe (obrotowe silniki spalinowe).

Ten typ silnika nie potrzebuje elementów zamieniających ruchy translacyjne na ruchy obrotowe. W związku z tym podczas pracy obrotowego silnika spalinowego straty są znacznie mniejsze niż silnika tłokowego, nie ma ogniwa pośredniego, takiego jak wał korbowy.

Na pierwszy rzut oka jednostka ta doskonale rozwiązuje postawione przed nią zadanie i ma wyższą wydajność. Jednak ten projekt nie stał się powszechny i ​​nawet koncern samochodowy Mazda, który przez długi czas produkował samochody z tego typu silnikiem, w szczególności model RX-8, musiał ostatecznie zrezygnować z systemów obrotowych.

Wynika to z pewnych niedociągnięć w działaniu systemu, które zostaną omówione w dalszej części artykułu.

Mała historia powstania jednostki

Czy wiedziałeś?Pierwsza wersja konstrukcji Wankla miała ruchomą komorę i stały wirnik, ale ostatecznie schemat został odwrócony.

W tym tandemie Wankel prowadził badania nad uszczelnieniami zaworów obrotowych, a Freude sformułował podstawową koncepcję projektową i inżynieryjną. Obecnie obrotowy silnik spalinowy jest często nazywany silnikiem Wankla.

Po raz pierwszy ten model „serca samochodu” został przetestowany na modelu NSU Spider, którego moc silnika wynosiła 57 koni mechanicznych. Jednocześnie z łatwością rozpędzał się do prędkości 150 km/h.
Pierwszym masowo produkowanym samochodem z systemem obrotowym był NSU Ro-80 - drugi samochód w całej linii firmy. W krajowym przemyśle samochodowym ten model silnika był używany w VAZ 21079, który był samochodem serwisowym, często policyjnym.

Za najbardziej masywną serię samochodów z obrotowym silnikiem spalinowym uważa się Mazda RX (Rotor-eXperiment), która była produkowana do połowy 2012 roku, chociaż wypuszczone samochody nie zostały jeszcze w pełni wyprzedane.

Konstrukcja silnika obrotowego

Ruchomy element tej konstrukcji jest osadzony na wale i połączony z przekładnią, która jest połączona ze stojanem i tworzy tzw. „przekładnię stacjonarną”. Średnica stojana jest znacznie mniejsza niż średnica wirnika obracającego się wokół zębnika wraz z kołem zębatym.

Wirnik ma trójkątny kształt i porusza się po powierzchni cylindra. W trakcie ruchu naprzemiennie zamyka objętości komór za pomocą uszczelek znajdujących się na szczytach wirnika. Podczas eksploatacji konstrukcji nie jest wymagana specjalna dystrybucja gazu.
1 i 2 - części układu dolotowego silnika; 3 - tylna część obudowy silnika; 4 i 6 - cylindry (obudowa wirnika); 5 - środkowa część korpusu silnika; 7 - przednia część obudowy silnika; 8 - korpus przepustnicy; 9 i 11 - stacjonarne (stacjonarne) koła zębate na kołnierzach; 10 - wirnik z wewnętrzną wieńcem zębatym, zmontowany; 12 - mimośrodowy wał wirników; 13 - kolektor dolotowy i wydechowy. Pod wpływem ciśnienia gazu i sił odśrodkowych płyty, które pełnią funkcję uszczelnienia, dociskają się do wewnętrznej powierzchni urządzenia, w wyniku czego komora zostaje uszczelniona.

W rezultacie schemat okazał się znacznie prostszy i bardziej kompaktowy niż urządzenia tłokowe, w tym z powodu braku miejsca w skrzyni korbowej, korbowodów i wału korbowego. Najczęściej przy wytwarzaniu konstrukcji stosunek promienia koła zębatego do koła zębatego wynosi 2: 3.

Zasada działania

Silnik rotacyjny nie wykonuje ruchu posuwisto-zwrotnego jak konwencjonalny silnik tłokowy. Zasada działania opiera się na obrocie tłoka. Nie ma punktów zaniku w działaniu, jak urządzenie tłokowe, to znaczy działa płynniej, bez impulsów.

RPD wykorzystuje nadciśnienie powstające podczas spalania mieszanki paliwa i powietrza. Tłok napędzany jest korbowodem i wałem korbowym. Ciśnienie powstaje w komorach, które tworzy sama konstrukcja cylindra i korpus wirnika, który działa jak tłok.
Trajektoria wirnika jest zbliżona do linii spirografu. Kiedy wierzchołki elementu napędowego stykają się ze ściankami samego silnika spalinowego, powstają nieprzepuszczalne komory spalania.

Wirnik obrotowy pozwala na następujące procesy:

• wlot mieszanki paliwowo-powietrznej;
• jego kompresja;
• zapłon;
• wydechowy wydech.

Gdy powietrze dostanie się do komory, paliwo jest jednocześnie wtryskiwane. Gdy wirnik obraca się w tej komorze, mieszanina jest ściskana. Obracając się, wirnik przesuwa komorę z mieszanką do świec zapłonowych, po czym paliwo zapala się i rozszerza.

Na następnym rogu mieszanina wychodzi z rury wydechowej i proces się powtarza. Ten proces pracy nie różni się od pracy czterosuwowego tłokowego silnika spalinowego.

Wideo: jak działa silnik obrotowy

Zalety i wady

Zaletami silnika rotacyjnego są:

• brak pulsujących obciążeń impulsowych;
• Sprawność takiego silnika wynosi 40%, w przeciwieństwie do 20% dla tłokowego silnika spalinowego;
• jego moc jest znacznie wyższa, ponadto pracuje znacznie ciszej, co pozwala na stosowanie paliwa o niskiej liczbie oktanowej;
• jest wykonany ze znacznie mniejszej ilości metalu, co oznacza, że ​​jest lżejszy;
• projekt zawiera mniej jednostek i zespołów.

Niedogodności:

1. Uszczelnienie komory spalania i zasysania spalin.
2. Do rozwoju potrzebne są dokładne obliczenia, ponieważ podczas tarcia metal rozszerza się w wyniku ogrzewania. Dokładne obliczenia pozwalają zachować kompresję i wydajność.
3. Podczas pracy taki silnik ma tendencję do przegrzewania się, dlatego jest gorszy od tłokowego silnika spalinowego.
4. Ze względu na konstrukcję samego urządzenia strefy grzewcze są rozmieszczone nierównomiernie, ponieważ temperatura w komorze spalania jest wyższa niż w komorze wlotowo-wywiewnej. W konsekwencji cylinder również nagrzewa się nierównomiernie. Aby wyeliminować taką wadę konstrukcyjną, podczas produkcji butli konieczne jest użycie różnych materiałów.
5. Tego typu odporność na zużycie jest znacznie mniejsza niż w przypadku silnika spalinowego tłokowego, ponieważ silnik obrotowy pracuje z dużymi prędkościami.
6. Dzięki wysokim obrotom znacznie wzrasta zużycie paliwa i oleju.
7. Ponieważ podczas pracy obrotowego silnika spalinowego paliwo nie ma czasu na całkowite wypalenie, spaliny są bardziej toksyczne niż w silniku tłokowym.
8. Podczas korzystania z silnika rotacyjnego należy regularnie wymieniać olej i uważnie monitorować realizację tej procedury.

Ważny! W samochodach z takim silnikiem jest to koniecznemasło wymieniać co 5000 km. Jeśli wymiana nie zostanie przeprowadzona w odpowiednim czasie, prawdopodobieństwo awarii znacznie wzrasta, co pociąga za sobą kosztowne naprawy.

Na przykład jest często instalowany w samochodach wyścigowych. Pomimo znacznych wad, silnik ten ma również niewątpliwe zalety, dlatego nadal jest uważany za poważną alternatywę dla tłokowego silnika spalinowego.

Jak wiadomo, zasada działania silnika obrotowego opiera się na dużych prędkościach i braku ruchów, które są charakterystyczne dla silnika spalinowego. To właśnie odróżnia jednostkę od konwencjonalnego silnika tłokowego. RPD jest również nazywany silnikiem Wankla, a dziś rozważymy jego działanie i oczywiste zalety.

Wirnik takiego silnika znajduje się w cylindrze. Sam korpus nie jest okrągły, ale owalny, dzięki czemu wirnik o trójkątnej geometrii mieści się w nim normalnie. RPD nie ma wału korbowego i korbowodów, nie ma też innych części, co znacznie upraszcza jego konstrukcję. Innymi słowy, w RPD nie ma około tysiąca części konwencjonalnego silnika spalinowego.

Działanie klasycznego RPD opiera się na prostym ruchu wirnika wewnątrz owalnego korpusu. W trakcie ruchu wirnika po obwodzie stojana powstają swobodne wnęki, w których zachodzą procesy rozruchu zespołu.

Co zaskakujące, jednostka obrotowa jest rodzajem paradoksu. Co to jest? I to, że ma genialnie prostą konstrukcję, która z jakiegoś powodu się nie zakorzeniła. Ale bardziej złożona wersja tłokowa stała się popularna i jest używana wszędzie.

Budowa i zasada działania silnika obrotowego

Schemat działania silnika rotacyjnego jest czymś zupełnie innym niż konwencjonalny silnik spalinowy. Po pierwsze, konstrukcja silnika spalinowego, jaką znamy, powinna odejść w przeszłość. A po drugie, staraj się przyswajać nową wiedzę i koncepcje.

Podobnie jak silnik tłokowy, silnik obrotowy wykorzystuje ciśnienie wytwarzane przez spalanie mieszanki powietrza i paliwa. W silnikach tłokowych to ciśnienie narasta w cylindrach i porusza tłoki tam iz powrotem. Korbowody i wał korbowy przekształcają ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy, który można wykorzystać do skręcania kół pojazdu.

Nazwa RPD pochodzi od wirnika, czyli części silnika, która się porusza. Ten ruch przenosi moc na sprzęgło i skrzynię biegów. Zasadniczo wirnik wypycha energię z paliwa, która jest następnie przenoszona na koła za pośrednictwem przekładni. Sam wirnik jest koniecznie wykonany ze stali stopowej i, jak wspomniano powyżej, ma kształt trójkąta.

Kapsuła, w której znajduje się wirnik, jest rodzajem matrycy, centrum wszechświata, w którym zachodzą wszystkie procesy. Innymi słowy, to w tym owalnym ciele:

• kompresja mieszaniny;
• wtrysk paliwa;
• Zapas tlenu;
• zapłon mieszaniny;
• powrót spalonych elementów do wydania.

Krótko mówiąc, sześć w jednym, jeśli chcesz.

Sam wirnik jest zamontowany na specjalnym mechanizmie i nie obraca się wokół jednej osi, a raczej pracuje. W ten sposób wewnątrz ciała owalnego powstają izolowane od siebie wnęki, w których zachodzi jeden z procesów. Ponieważ wirnik jest trójkątny, są tylko trzy wnęki.

Wszystko zaczyna się w następujący sposób: w pierwszej uformowanej wnęce następuje ssanie, to znaczy komora jest wypełniona mieszanką powietrzno-paliwową, która jest tutaj mieszana. Następnie wirnik obraca się i wpycha tę zmieszaną mieszaninę do innej komory. Tutaj mieszanina jest kompresowana i zapalana za pomocą dwóch świec.

Mieszanka trafia następnie do trzeciego wnęki, gdzie części zużytego paliwa są przemieszczane do układu wydechowego.

To jest pełny cykl RPD. Ale to nie jest takie proste. Zbadaliśmy schemat RPD tylko z jednej strony. A te akcje mają miejsce nieustannie. Innymi słowy, procesy powstają z trzech stron wirnika jednocześnie. W efekcie za jednym obrotem urządzenia powtarzane są trzy cykle.

Ponownie, wydajność nie jest jedną z mocnych stron RPD. Ma ich dużo. Jak wspomniano powyżej, silnik obrotowy jest bardzo kompaktowy i wykorzystuje w nim tysiąc mniej części niż w tym samym silniku spalinowym. W RPD są tylko dwie główne części - wirnik i stojan i nic prostszego nie może być.

Zasada działania silnika obrotowego

Zasada działania silnika z tłokiem obrotowym sprawiła, że ​​wielu utalentowanych inżynierów uniosło ze zdziwieniem brwi. A dziś utalentowani inżynierowie firmy Mazda zasługują na wszelkie pochwały i aprobatę. Nie jest żartem wierzyć w osiągi pozornie zakopanego silnika i dać mu drugie życie, a co za drugie życie!

Wirnik ma trzy wypukłe boki, z których każdy działa jak tłok. Każda strona wirnika ma wgłębienie, które zwiększa prędkość wirnika jako całości, zapewniając więcej miejsca na mieszankę paliwowo-powietrzną. W górnej części każdej powierzchni znajduje się metalowa płyta, która tworzy komory, w których pracuje silnik. Ściany tych komór tworzą dwa metalowe pierścienie po każdej stronie wirnika. W środku wirnika znajduje się koło z wieloma zębami. Są one połączone z siłownikiem przymocowanym do wału wyjściowego. To połączenie określa ścieżkę i kierunek, w którym wirnik porusza się wewnątrz komory.

Komora silnika w przybliżeniu owalny (ale ściślej jest to epitrochoida, która z kolei jest wydłużoną lub skróconą epicykloidą, która jest płaską krzywą utworzoną przez stały punkt koła toczącego się po innym okręgu). Kształt komory zaprojektowano tak, aby trzy wierzchołki wirnika zawsze stykały się ze ścianą komory, tworząc trzy zamknięte objętości gazu. W każdej części komory występuje jedno z czterech uderzeń:

• Wlot
• Kompresja
• Spalanie
• Uwolnienie

Otwory wlotowe i wylotowe znajdują się w ścianach komory i nie ma na nich zaworów. Port wydechowy jest podłączony bezpośrednio do rury wydechowej, a port ssący jest bezpośrednio podłączony do gazu.

Wał wyjściowy ma półkoliste krzywki, które nie są symetryczne względem środka, co oznacza, że ​​są odsunięte od osi wału. Każdy rotor przesuwa się po jednej z tych klapek. Wał wyjściowy jest analogiczny do wału korbowego w silnikach tłokowych. Każdy wirnik porusza się w komorze i popycha własną krzywkę.

Ponieważ krzywki są zamontowane asymetrycznie, siła, z jaką wirnik naciska na nią, wytwarza moment obrotowy na wale wyjściowym, powodując jego obrót.

Struktura silnika obrotowego

Silnik obrotowy składa się z warstw. Silniki dwuwirnikowe składają się z pięciu głównych warstw, które są połączone długimi śrubami w okręgu. Chłodziwo przepływa przez wszystkie części konstrukcji.

Kolejna warstwa zawiera sam wirnik i część wydechową.

Centrum składa się z dwóch komór doprowadzających paliwo, po jednej dla każdego wirnika. Oddziela również dwa wirniki, dzięki czemu jego powierzchnia zewnętrzna jest bardzo gładka.

W środku każdego wirnika znajdują się dwa duże koła zębate, które obracają się wokół mniejszych kół zębatych i są przymocowane do obudowy silnika. To jest orbita, na której obraca się wirnik.

Oczywiście, gdyby silnik obrotowy nie miał wad, to z pewnością znalazłby zastosowanie w nowoczesnych samochodach. Możliwe nawet, że gdyby silnik rotacyjny był bez grzechu, nie wiedzielibyśmy o silniku tłokowym, ponieważ silnik rotacyjny powstał wcześniej. Wtedy ludzki geniusz, próbując ulepszyć jednostkę, stworzył nowoczesną wersję silnika tłokowego.

Ale niestety silnik rotacyjny ma pewne wady. Do takich oczywistych błędów tej jednostki należy uszczelnienie komory spalania. A w szczególności wynika to z niewystarczająco dobrego kontaktu samego wirnika ze ściankami cylindra. Podczas tarcia o ścianki cylindra metal wirnika nagrzewa się iw rezultacie rozszerza się. A sam owalny cylinder też się grzeje, a co gorsza - ogrzewanie jest nierównomierne.

Jeżeli temperatura w komorze spalania jest wyższa niż w układzie dolotowym/wydechowym, cylinder musi być wykonany z materiału high-tech, montowany w różnych miejscach obudowy.

Aby taki silnik mógł się uruchomić, używane są tylko dwie świece zapłonowe. Nie zalecany już ze względu na charakter komory spalania. RPD jest wyposażony w zupełnie inną komorę spalania i wytwarza moc przez trzy czwarte czasu pracy silnika spalinowego, a sprawność wynosi aż czterdzieści procent. Dla porównania: dla silnika tłokowego ta sama wartość wynosi 20%.

Zalety silnika obrotowego

Mniej ruchomych części

Silnik obrotowy ma znacznie mniej części niż, powiedzmy, 4-cylindrowy silnik tłokowy. Silnik dwuwirnikowy składa się z trzech głównych części ruchomych: dwóch wirników i wału wyjściowego. Nawet najprostszy 4-cylindrowy silnik tłokowy ma co najmniej 40 ruchomych części, w tym tłoki, korbowody, trzpień, zawory, wahacze, sprężyny zaworowe, paski rozrządu i wał korbowy. Dzięki zminimalizowaniu części ruchomych silniki obrotowe są bardziej niezawodne. Dlatego niektórzy producenci samolotów (np. Skycar) używają silników obrotowych zamiast silników tłokowych.

Miękkość

Wszystkie części w silniku obrotowym obracają się w sposób ciągły w tym samym kierunku, w przeciwieństwie do stale zmieniającego się kierunku tłoków w konwencjonalnym silniku. W silniku obrotowym zastosowano wyważone przeciwwagi obrotowe, które tłumią wszelkie wibracje. Dostarczanie mocy w silniku rotacyjnym jest również bardziej miękkie. Każdy cykl spalania odbywa się w jednym obrocie wirnika o 90 stopni, wał wyjściowy obraca się trzy razy na każdy obrót wirnika, każdy cykl spalania trwa 270 stopni, dla których obraca się wał wyjściowy. Oznacza to, że jeden silnik obrotowy wytwarza trzy czwarte mocy. W porównaniu z jednocylindrowym silnikiem tłokowym, w którym spalanie następuje co 180 stopni na każdy obrót, czyli tylko ćwierć obrotu wału korbowego.

Powolność

Ze względu na to, że wirniki obracają się o jedną trzecią obrotu wału wyjściowego, główne części silnika obracają się wolniej niż części w konwencjonalnym silniku tłokowym. Pomaga również w niezawodności.

Mały rozmiar + duża moc

Kompaktowość układu w połączeniu z wysoką sprawnością (w porównaniu do konwencjonalnego silnika spalinowego) pozwala na wyprodukowanie około 200-250 KM z miniaturowego silnika o pojemności 1,3 litra. To prawda, wraz z główną wadą konstrukcyjną w postaci wysokiego zużycia paliwa.

Wady silników obrotowych

Najważniejsze problemy w produkcji silników rotacyjnych:

• Trudno (ale nie niemożliwe) dostosować się do przepisów dotyczących emisji CO2 do środowiska, zwłaszcza w USA.
• Produkcja może być znacznie droższa, w większości przypadków z powodu produkcji małoseryjnej, w porównaniu z silnikami tłokowymi.
• Zużywają więcej paliwa, ponieważ sprawność termodynamiczna silnika tłokowego spada w długiej komorze spalania, a także ze względu na niski stopień sprężania.
• Silniki obrotowe, ze względu na swoją konstrukcję, mają ograniczone zasoby - średnio wynosi około 60-80 tys. Km

Taka sytuacja po prostu wymusza zaliczenie silników rotacyjnych do modeli samochodów sportowych. I nie tylko. Zwolenników silnika rotacyjnego znaleziono dzisiaj. To słynny producent samochodów Mazda, który poszedł drogą samurajów i kontynuował badania mistrza Wankla. Jeśli przypomnimy sobie tę samą sytuację z Subaru, to staje się jasnym sukces japońskich producentów, czepiających się, wydawałoby się, wszystkiego, co stare i odrzucone przez ludzi Zachodu jako niepotrzebne. W rzeczywistości Japończykom udaje się stworzyć coś nowego ze starego. To samo stało się wtedy z silnikami typu bokser, które dziś są „chipem” Subaru. Jednocześnie użycie takich silników uznano za niemal przestępstwo.

Praca silnika rotacyjnego zainteresowała również japońskich inżynierów, którzy tym razem zajęli się ulepszaniem Mazdy. Stworzyli silnik obrotowy 13b-REW i dali mu system podwójnego turbodoładowania. Teraz Mazda mogła spokojnie konkurować z niemieckimi modelami, gdyż otworzyła aż 350 koni, ale znowu grzeszyła wysokim spalaniem.

O dziwo próbowali uruchomić RPD także w naszym kraju. Taki silnik został opracowany do instalacji na VAZ 21079, przeznaczonym jako pojazd dla służb specjalnych, ale projekt niestety się nie zakorzenił. Jak zwykle zabrakło środków z budżetu państwa, które w cudowny sposób są wysysane ze skarbu państwa.

Ale Japończykom udało się to zrobić. I nie chcą poprzestać na osiągniętym wyniku. Według najnowszych danych, producent Mazda ulepszy silnik i wkrótce zostanie wypuszczona nowa Mazda, już z zupełnie inną jednostką.

Różne konstrukcje i konstrukcje silników obrotowych

Silnik Wankla

Silnik Żełtyszewa

Silnik Zujewa

Zwykle „sercem” maszyny jest układ cylinder-tłok, czyli oparty na ruchu posuwisto-zwrotnym, ale jest jeszcze inna opcja - samochody z silnikiem rotacyjnym.

Samochody z silnikiem obrotowym - główna różnica

Główną trudnością w pracy silnika spalinowego z klasycznymi cylindrami jest zamiana ruchu posuwisto-zwrotnego tłoków na moment obrotowy, bez którego koła nie będą się obracać. Dlatego od momentu powstania pierwszego, naukowcy i mechanicy samoucy zastanawiali się, jak zrobić silnik z wyłącznie jednostkami obrotowymi. Udało się to niemieckiemu technikowi samorodkowemu Wankelowi.

Pierwsze szkice opracował w 1927 roku, po maturze. Następnie mechanik kupił mały warsztat i zajął się swoim pomysłem. Efektem wieloletnich prac był model roboczy rotacyjnego silnika spalinowego, stworzony wspólnie z inżynierem Walterem Freude. Mechanizm okazał się podobny do silnika elektrycznego, to znaczy opierał się na wale z trójramiennym wirnikiem, bardzo podobnym do trójkąta Reuleaux, który został zamknięty w owalnej komorze. Narożniki przylegają do ścian, tworząc z nimi szczelny, ruchomy kontakt.

Wnęka stojana (obudowy) podzielona jest przez rdzeń na liczbę komór odpowiadającą liczbie jego boków i przy jednym obrocie wirnika wypracowywane są: wtrysk paliwa, zapłon, emisja spalin. W rzeczywistości jest ich oczywiście 5, ale dwa pośrednie, sprężanie paliwa i rozprężanie gazu, można pominąć. W jednym pełnym cyklu występują 3 obroty wału, a jeśli weźmiemy pod uwagę, że zwykle dwa wirniki są montowane w przeciwfazie, auta z silnikiem rotacyjnym mają 3 razy większą moc niż klasyczne układy cylinder-tłok.

Jak popularny jest rotacyjny silnik wysokoprężny?

Pierwszymi samochodami, na których zainstalowano Wankla ICE, były samochody NSU Spider z 1964 roku o mocy 54 KM, które umożliwiały rozpędzanie pojazdów do 150 km/h. Ponadto w 1967 roku powstała wersja ławkowa sedana NSU Ro-80, piękna, a nawet elegancka, ze zwężającą się maską i nieco wyższym bagażnikiem. Nigdy nie wszedł do masowej produkcji. Jednak to właśnie ten samochód skłonił wiele firm do zakupu licencji na rotacyjny silnik wysokoprężny. Należą do nich Toyota, Citroen, GM, Mazda. Nowość nigdzie się nie zakorzeniła. Czemu? Wynikało to z jego poważnych niedociągnięć.

Komora utworzona przez ścianki stojana i wirnika znacznie przekracza objętość klasycznego cylindra, mieszanka paliwowo-powietrzna jest nierówna... Z tego powodu nawet przy zastosowaniu synchronicznego wyładowania dwóch świec nie jest zapewnione całkowite spalenie paliwa. W rezultacie silnik spalinowy jest nieekonomiczny i nieprzyjazny dla środowiska. Dlatego, gdy wybuchł kryzys paliwowy, NSU, które opierało się na silnikach rotacyjnych, zostało zmuszone do fuzji z Volkswagenem, gdzie porzucono zdyskredytowanych Wankla.

Mercedes-Benz wyprodukował tylko dwa samochody z wirnikiem - С111 pierwszego (280 KM, 257,5 km/h, 100 km/h w 5 sekund) i drugiego (350 KM, 300 km/h, 100 km/h za 4,8 sek) generowanie. Chevrolet wyprodukował również dwa testowe samochody Corvette z dwuczęściowym silnikiem o mocy 266 KM. i z czterosekcyjnym 390 KM, ale wszystko ograniczało się do ich demonstracji. Przez 2 lata, począwszy od 1974 roku, Citroen wyprodukował z linii montażowej 874 samochodów Citroen GS Birotor o mocy 107 KM, następnie zostały one odwołane do likwidacji, ale około 200 pozostało z kierowcami. Oznacza to, że jest szansa na spotkanie ich dzisiaj na drogach Niemiec, Danii czy Szwajcarii, jeśli oczywiście ich właściciele przeszli kapitalny remont silnika rotacyjnego.

Mazda była w stanie stworzyć najbardziej stabilną produkcję, od 1967 do 1972 wyprodukowano 1519 samochodów Cosmo, zawartych w dwóch seriach 343 i 1176 samochodów. W tym samym okresie coupe Luce R130 zostało wprowadzone do masowej produkcji. „Wankle” są montowane we wszystkich modelach Mazdy bez wyjątku od 1970 roku, w tym w autobusie Parkway Rotary 26, który osiąga prędkość do 120 km/h przy masie 2835 kg. Mniej więcej w tym samym czasie rozpoczęła się produkcja silników rotacyjnych w ZSRR, choć bez licencji, i w konsekwencji do wszystkiego doszli umysłem na przykładzie rozebranego Wankla z NSU Ro-80.

Rozwój został przeprowadzony w zakładzie VAZ. W 1976 roku silnik Vaz-311 został jakościowo zmieniony, a sześć lat później zaczęto produkować masowo markę VAZ-21018 z wirnikiem o mocy 70 KM. Prawdą jest, że wkrótce w całej serii zainstalowano tłokowy silnik spalinowy, ponieważ wszystkie Wankle zepsuły się podczas docierania i trzeba było wymienić silnik rotacyjny. Od 1983 roku z linii montażowej zaczęły zjeżdżać modele Vaz-411 i Vaz-413 o mocy 120 i 140 KM. odpowiednio. Zostały wyposażone w oddziały policji drogowej, MSW i KGB. Obecnie wirniki są obsługiwane wyłącznie przez Mazdę.

Dosyć trudno jest zrobić cokolwiek z Wankla ICE samemu. Najbardziej dostępną czynnością jest wymiana świec. W pierwszych modelach były montowane bezpośrednio na nieruchomym wale, wokół którego obracał się nie tylko wirnik, ale także sam korpus. W przyszłości stojan został unieruchomiony, instalując 2 świece w jego ścianie naprzeciwko zaworów wtryskowych i wydechowych. Wszelkie inne prace naprawcze, jeśli jesteś przyzwyczajony do klasycznego silnika spalinowego tłokowego, są prawie niemożliwe.

Silnik Wankla ma o 40% mniej części niż standardowy ICE, który jest oparty na CPG (grupa cylindrowo-tłokowa).

Tuleje podtrzymujące wał zmieniają się w przypadku, gdy miedź zaczyna prześwitywać, w tym celu zdejmujemy koła zębate, wymieniamy je i ponownie wciskamy koła zębate. Następnie sprawdzamy uszczelki olejowe i w razie potrzeby również je wymieniamy. Podczas naprawy silnika obrotowego własnymi rękami należy zachować ostrożność podczas demontażu i montażu sprężyn pierścieni zgarniających olej, przód i tył różnią się kształtem. W razie potrzeby wymienia się również płyty końcowe i należy je montować zgodnie z oznaczeniem literowym.

Uszczelki narożne montowane są przede wszystkim na przedniej stronie wirnika, wskazane jest nałożenie ich na zielony smar Castrol w celu zamocowania podczas montażu mechanizmu. Po zamontowaniu wału montowane są tylne uszczelki narożne. Załóż uszczelki na stojan i nasmaruj je uszczelniaczem. Wierzchołki ze sprężynami są wkładane w uszczelki narożne po włożeniu wirnika do obudowy stojana. Na koniec uszczelki przedniej i tylnej części są smarowane uszczelniaczem przed zamocowaniem pokryw.