Silnik obrotowy Silnik obrotowy

Przemysł motoryzacyjny stale się rozwija. Nic dziwnego, że pojawiają się alternatywne technologie, które jednak rzadko pojawiają się w masowej produkcji. Do nich można zaliczyć silniki obrotowe.

Ważne! Szybki rozwój przemysłu motoryzacyjnego nadał wynalazek silnika spalinowego. W rezultacie samochody zaczęły jeździć na paliwie płynnym i rozpoczęła się era gazu.

Maszyny z silnikiem obrotowym

Silnik z tłokiem obrotowym został wynaleziony przez NSU. Twórcą aparatu był Walter Freude. Niemniej jednak to urządzenie w środowisku naukowym nosi imię innego naukowca, a mianowicie Wankela.

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

Niemniej jednak w wyniku tajnych gier wszyscy znamy to urządzenie jako silnik obrotowy Wankla. Pierwszy działający model został zmontowany w 1957 roku. Samochód został po raz pierwszy przetestowany przez NSU Spider. W tym czasie był w stanie osiągnąć prędkość stu pięćdziesięciu kilometrów. Moc silnika Spider wyniosła 57 litrów. z

„Pająk” z silnikiem obrotowym produkowano w latach 1964–1967. Ale masa się nie stała. Jednak producenci samochodów nie położyli kresu tej technologii. Co więcej, wypuścili kolejny model - NSU Ro-80 i był to prawdziwy przełom. Właściwy marketing odegrał dużą rolę.

Zwróć uwagę na nazwę. Już zawiera informację, że maszyna jest wyposażona w silnik obrotowy. Być może rezultatem tego sukcesu była instalacja tych silników w tak znanych samochodach, jak:

• Citroen GS Birotor,
• Mercedes-Benz C111,
• Chevrolet Corvette,
• VAZ 21018.

Najpopularniejsze silniki rotacyjne otrzymane w kraju „Wschodzącego Słońca”. Japońska firma Mazda zrobiła w tym czasie ryzykowny krok i zaczęła produkować samochody przy użyciu tej technologii.

Pierwszym znakiem firmy Mazda był samochód Cosmo Sport. Nie można powiedzieć, że zyskała ogromną popularność, ale znalazła swoją publiczność. Był to jednak tylko pierwszy krok we wprowadzeniu silników rotacyjnych na rynek japoński, a wkrótce na świat.

Japońscy inżynierowie nie tylko nie rozpaczali, ale wręcz przeciwnie, zaczęli pracować z potrójną siłą. Rezultatem ich pracy była seria, którą wszyscy zawodnicy uliczni w dowolnym kraju na świecie z szacunkiem przypominają - Rotor-eXperiment lub RX w skrócie.

W ramach tej serii wydano kilka legendarnych modeli, w tym Mazdę RX-7. Powiedzieć, że ta maszyna z silnikiem rotacyjnym była popularna, jest jak milczenie. Od niej zaczęły się miliony fanów wyścigów ulicznych. Przy stosunkowo niskiej cenie miał po prostu niesamowite parametry techniczne:

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

Maszyna jest prawdziwym dziełem sztuki, jest lekka i zwrotna, a silnik godny podziwu. Dzięki cechom opisanym powyżej ma objętość tylko 1,3 litra. Ma dwie sekcje, a napięcie robocze wynosi 13 V.

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

Niestety najnowszy model z tej serii został wydany w 2008 roku. Mazda RX8 zakończyła legendarną linię. W rzeczywistości historię silnika obrotowego w produkcji masowej można uznać za kompletną.

Zasada działania

Wielu ekspertów motoryzacyjnych uważa, że \u200b\u200bprojekt konwencjonalnej jednostki tłokowej należy pozostawić w odległej przeszłości. Niemniej jednak miliony samochodów potrzebują porządnej wymiany, czy mogą stać się silnikiem obrotowym, wymyślmy to.

Zasada działania silnika obrotowego opiera się na ciśnieniu wytwarzanym przez spalanie paliwa. Główną częścią projektu jest wirnik, który jest odpowiedzialny za tworzenie ruchów o pożądanej częstotliwości. W rezultacie energia jest przekazywana do sprzęgła. Wirnik popycha go, mijając koła.

Wirnik ma kształt trójkąta. Materiałem konstrukcyjnym jest stal stopowa. Część znajduje się w owalnym pudełku, w którym faktycznie występuje obrót, a także szereg procesów ważnych dla produkcji energii:

• kompresja mieszanki
• wtrysk paliwa
• tworząc iskrę
• dopływ tlenu
• zrzut surowców odpadowych.

Główną cechą obrotowego silnika jest to, że wirnik ma niezwykle nietypowy wzór ruchu. Rezultatem takiego rozwiązania konstrukcyjnego są trzy całkowicie odizolowane od siebie komórki.

Uwaga! W każdej komórce odbywa się określony proces.

Pierwsze ogniwo otrzymuje mieszankę paliwowo-powietrzną. Mieszanie odbywa się we wnęce. Ponadto wirnik przenosi uzyskaną substancję do następnego przedziału. To tutaj następuje kompresja i zapłon.

W trzecim ogniwie zużyte paliwo jest usuwane. Skoordynowana praca trzech przedziałów zapewnia po prostu niesamowite osiągi, co pokazał przykład samochodów z serii RX.

Ale główny sekret urządzenia leży w zupełnie inny sposób. Faktem jest, że procesy te nie następują jeden po drugim, zachodzą natychmiast. W rezultacie tylko jedna rewolucja wykonuje trzy kroki.

Powyżej był schemat podstawowego silnika obrotowego. Wielu producentów próbuje zaktualizować technologię, aby uzyskać większą wydajność. Niektórym się udaje, innym się nie udaje.

Japońskim inżynierom udało się odnieść sukces. Wspomniane powyżej silniki Mazdy mają do trzech wirników. Jaką wydajność wzrośnie w tym przypadku, możesz sobie wyobrazić.

Dajemy jasny przykład. Weź konwencjonalny silnik RPD z dwoma wirnikami i znajdź najbliższy analog - sześciocylindrowy silnik spalinowy. Jeśli dodasz jeszcze jeden wirnik do projektu, szczelina będzie absolutnie kolosalna - 12 cylindrów.

Rodzaje silników rotacyjnych

Wiele firm samochodowych podjęło się produkcji silników rotacyjnych. Nic dziwnego, że stworzono wiele modyfikacji, z których każda ma swoje własne cechy:

1. Silnik obrotowy z ruchem wielokierunkowym. Wirnik nie obraca się tutaj, ale jakby obracał się wokół własnej osi. Proces kompresji odbywa się między łopatkami silnika.
2. Pulsujący obrotowy silnik rotacyjny. Wewnątrz korpusu znajdują się dwa wirniki. Kompresja przechodzi między ostrzami tych dwóch elementów, gdy łączą się one i odsuwają.
3. Silnik rotacyjny z klapką uszczelniającą - ta konstrukcja jest nadal szeroko stosowana w silnikach pneumatycznych. W przypadku obrotowych silników spalinowych komora, w której przechodzi zapłon, jest zasadniczo zmieniona.
4. Silnik obrotowy napędzany ruchami obrotowymi. Uważa się, że ten konkretny projekt jest najbardziej zaawansowany technicznie. Nie ma żadnych szczegółów, które mogłyby wykonywać ruchy zwrotne. Dlatego silniki obrotowe tego typu łatwo osiągają 10 000 obr / min.
5. Obrotowy silnik planetarny jest pierwszą modyfikacją wymyśloną przez dwóch inżynierów.

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

Zalety i wady silnika rotacyjnego

Jak widać, silniki rotacyjne cieszyły się wówczas popularnością. Co więcej, legendarne samochody były wyposażone w silniki tej klasy. Aby zrozumieć, dlaczego to urządzenie zostało zainstalowane w zaawansowanych modelach japońskich samochodów, musisz poznać wszystkie jego zalety i wady.

Zalety

Z przedstawionego wcześniej tła wiadomo już, że silnik rotacyjny kiedyś przyciągał uwagę producentów silników, a było to z kilku powodów:

1. Zwiększona kompaktowość projektu.
2. Lekki
3. RPD jest dobrze wyważony i wytwarza minimum wibracji podczas pracy.
4. Liczba części zamiennych w silniku jest o rząd wielkości mniejsza niż w odpowiedniku tłoka.
5. RPD ma wysoką dynamikę

Najważniejszą zaletą RPD jest jego wysoka gęstość mocy. Samochód z silnikiem obrotowym może przyspieszyć do 100 kilometrów bez zmiany wysokich biegów przy zachowaniu dużej liczby obrotów.

Ważne! Zastosowanie silnika obrotowego pozwala uzyskać lepszą stabilność samochodu na drodze dzięki idealnemu rozkładowi masy.

Wady

Czas więc dowiedzieć się więcej, dlaczego pomimo wszystkich zalet większość producentów przestała instalować silniki obrotowe w swoich samochodach. Wady RPD obejmują:

1. Zwiększone zużycie paliwa podczas pracy przy niskich prędkościach. W najbardziej wymagających maszynach może osiągnąć 20-25 litrów na 100 kilometrów.
2. Trudności w produkcji. Na pierwszy rzut oka konstrukcja silnika obrotowego jest znacznie prostsza niż tłoka. Ale diabeł tkwi w szczegółach. Wykonanie ich jest niezwykle trudne. Geometryczna dokładność każdej części zamiennej musi być na idealnym poziomie, w przeciwnym razie rotor nie będzie w stanie przejść krzywej epitroochoidalnej z odpowiednim wynikiem. RPD wymaga do produkcji precyzyjnego sprzętu, który kosztuje dużo pieniędzy.
3. Silnik obrotowy często się przegrzewa. Wynika to z nietypowej budowy komory spalania. Niestety, nawet po wielu latach inżynierowie nie naprawili tej wady. Nadmiar energii wytwarzany przez spalanie paliwa ogrzewa cylinder. To znacznie zużywa silnik i skraca jego żywotność.
4. Ponadto silnik rotacyjny cierpi na spadki ciśnienia. Wynikiem tego efektu jest szybkie zużycie uszczelek. Zasób roboczy jednego, zmontowanego jakościowo RPD, wynosi od 100 do 150 tysięcy kilometrów. Po przekroczeniu tego etapu nie można już zrezygnować z poważnych napraw.
5. Skomplikowana procedura wymiany oleju. Zużycie oleju na 1000 kilometrów przez silnik rotacyjny wynosi 600 mililitrów. Aby części były odpowiednio smarowane, olej należy wymieniać raz na 5000 km. Jeśli nie zostanie to zrobione, poważne uszkodzenie kluczowych elementów urządzenia stanie się niezwykle prawdopodobne.

Jak widać, pomimo wyjątkowych zalet RPD ma wiele istotnych wad. Niemniej jednak działy projektowe w wiodących firmach motoryzacyjnych wciąż starają się unowocześnić tę technologię i kto wie, może kiedyś się uda.

Podsumowanie

Silniki obrotowe mają wiele znaczących zalet, są dobrze wyważone, pozwalają szybko zwiększyć prędkość i zapewniają ustaloną prędkość do 100 km w ciągu 4-7 sekund. Ale silniki wirnika mają również wady, z których główną jest krótka żywotność.

Idea silnika obrotowego jest zbyt kusząca: kiedy konkurent jest bardzo daleki od ideału, wydaje się, że mamy zamiar przezwyciężyć niedociągnięcia i uzyskać nie silnik, ale samą doskonałość ... Mazda została uchwycona przez te złudzenia do 2012 roku, kiedy to ostatni model został przerwany silnik rotacyjny - RX-8.

Historia powstania silnika rotacyjnego

Drugą nazwą silnika rotacyjnego (RPD) jest wankel (rodzaj analogu silnika Diesla). To Felix Wankel, któremu dziś przypisuje się laury wynalazcy silnika z tłokiem obrotowym, a nawet opowiada poruszającą historię o tym, jak Wankel osiągnął swój cel w tym samym czasie, co Hitler do własnego.

W rzeczywistości było trochę inaczej: utalentowany inżynier Felix Wankel naprawdę pracował nad opracowaniem nowego, prostego silnika spalinowego, ale był to kolejny silnik oparty na wspólnym obrocie wirników.

Po wojnie Wankel przyciągnęła niemiecka firma NSU, zajmująca się głównie produkcją motocykli, do jednej z grup roboczych pracujących nad stworzeniem silnika obrotowego pod przewodnictwem Waltera Freude'a.

Wkład Wankela to szeroko zakrojone badania nad obrotowymi uszczelnieniami zaworów. Podstawowa koncepcja projektowania i inżynierii należy do Freuda. Chociaż Wankel miał patent na podwójną rotację.

Pierwszy silnik miał komorę obrotową i stały wirnik. Niedogodności związane z projektem doprowadziły do \u200b\u200bpomysłu zamiany obwodu.

   Pierwszy silnik z wirnikiem obrotowym rozpoczął pracę w połowie 1958 r. Nie różnił się zbytnio od swoich potomków naszych czasów - tyle, że świece musiały zostać przeniesione na ciało.

Wkrótce firma ogłosiła, że \u200b\u200bjest w stanie stworzyć nowy i bardzo obiecujący silnik. Prawie sto firm produkujących samochody zakupiło licencje na ten silnik. Jedna trzecia licencji trafiła do Japonii.

RPD w ZSRR

Ale Związek Radziecki wcale nie kupił licencji. Rozwój własnego silnika obrotowego rozpoczął się od faktu, że niemiecki samochód Ro-80, którego produkcję NSU rozpoczęła w 1967 roku, został sprowadzony do Unii i zdemontowany.

Siedem lat później w fabryce VAZ pojawiło się biuro projektowe, które opracowało wyłącznie silniki tłokowe. W jego pracach w 1976 roku powstał silnik VAZ-311. Ale pierwszy naleśnik okazał się nierówny i został sfinalizowany na kolejne sześć lat.

Pierwszym sowieckim samochodem produkcyjnym z silnikiem obrotowym jest VAZ-21018, wprowadzony na rynek w 1982 r. Niestety, już w partii eksperymentalnej wszystkie silniki zawiodły. Finalizowali kolejny rok, po którym pojawiły się VAZ-411 i VAZ 413, które zostały uruchomione przez organy ścigania ZSRR. Nie martwili się szczególnie zużyciem paliwa i niską żywotnością silnika, ale potrzebowali szybkich, mocnych, ale niepozornych samochodów, które mogłyby nadążyć za samochodem zagranicznym.

RPD na Zachodzie

Na Zachodzie silnik rotacyjny nie rozkwitł, a kryzys paliwowy w 1973 r. Położył kres jego rozwojowi w USA i Europie, kiedy ceny gazu gwałtownie wzrosły, a nabywcy samochodów zaczęli patrzeć na modele o niskim zużyciu paliwa.

   Biorąc pod uwagę, że silnik rotacyjny zużywał do 20 litrów benzyny na sto kilometrów, jego sprzedaż w czasie kryzysu spadła do limitu.

Jedynym krajem na Wschodzie, który nie utracił wiary, jest Japonia. Ale nawet tam producenci szybko schłodzili do silnika, który nie chciał poprawić. I w końcu pozostał jeden zagorzały blaszany żołnierz - Mazda. W ZSRR kryzys paliwowy nie był odczuwalny. Produkcja maszyn z RPD była kontynuowana po upadku Unii. VAZ przestał angażować się w RPD dopiero w 2004 roku. Mazda pogodziła się dopiero w 2012 roku.

Cechy silnika obrotowego

Konstrukcja oparta jest na wirniku w kształcie trójkąta, którego każda powierzchnia ma wybrzuszenie (). Wirnik obraca się na typie planetarnym wokół osi środkowej - stojana. Wierzchołki trójkąta opisują jednocześnie złożoną krzywą zwaną epitrochoidem. Kształt tej krzywej określa kształt kapsułki, wewnątrz której wiruje rotor.

Silnik obrotowy ma te same cztery cykle cyklu roboczego, co jego konkurent, silnik tłokowy.

Komory powstają między powierzchniami wirnika a ściankami kapsułki; ich kształt ma kształt półksiężyca, co powoduje pewne znaczące wady konstrukcyjne. Aby odizolować komory od siebie, stosuje się uszczelki - płyty promieniowe i końcowe.

Jeśli porównamy obrotowy silnik spalinowy z tłokiem, pierwszą rzeczą, która przyciąga wzrok, jest to, że podczas jednego obrotu wirnika suw roboczy zachodzi trzykrotnie, a wał wyjściowy obraca się trzykrotnie szybciej niż sam wirnik.

At Brak systemu dystrybucji gazu RPD, co znacznie upraszcza jego konstrukcję. Wysoka moc właściwa przy niewielkich rozmiarach i wadze urządzenia to konsekwencja braku wału korbowego, korbowody i inne interfejsy między kamerami.

Zalety i wady silników rotacyjnych

Korzyści

Silnik obrotowy jest w tym dobry składa się ze znacznie mniejszej liczby częściniż jego konkurent - o 35–40 procent.

Dwa silniki o tej samej mocy - obrotowy i tłokowy - będą się znacznie różnić wielkością. Tłok dwa razy większy.

Silnik obrotowy nie doświadcza dużego obciążenia przy dużych prędkościach  nawet na niskim biegu, aby przyspieszyć samochód do prędkości większej niż 100 km / h.

Samochód, na którym stoi silnik rotacyjny, łatwiej to wyważyć zapewnia większą stabilność maszyny  na drodze.

Nawet najlżejsze pojazdy nie odczuwają wibracji, ponieważ RPD wibruje znacznie mniej niż tłok. Wynika to z większej równowagi RPD.

Wady

Można to nazwać główną wadą kierowców silników rotacyjnych mały zasób, co jest bezpośrednią konsekwencją jego projektu. Uszczelniacze zużywają się bardzo szybko, ponieważ ich kąt pracy stale się zmienia.


Występuje silnik różnice temperatur  każdy krok, co również przyczynia się do zużycia materiału. Dodaj do tego ciśnienie wywierane na tarcie powierzchni, które można leczyć tylko poprzez wstrzyknięcie oleju bezpośrednio do zbiornika.

Zużycie uszczelnienia powoduje wyciek między komorami, których spadki ciśnienia są zbyt duże. Z tego powodu wydajność silnika spada, a szkody środowiskowe narastają.

Sierp kształt komór nie przyczynia się do pełnego spalania paliwa, a prędkość wirnika i niewielka długość skoku są przyczyną wypychania zbyt gorących gazów, które nie są całkowicie spalane do spalin. Oprócz produktów spalania benzyny nadal występuje tam olej, co razem powoduje, że spaliny są bardzo toksyczne. Tłok - mniej szkodzi środowisku.

Wygórowane apetyty  wspomniano już o silniku benzyny, który „je” olej do 1 litra na 1000 km. A kiedy zapomnisz o oleju i możesz uzyskać poważną naprawę, jeśli nie wymianę silnika.

Wysoki koszt  - ze względu na fakt, że do produkcji silnika potrzebujesz precyzyjnego sprzętu i materiałów bardzo wysokiej jakości.

Jak widać, silnik wirnika jest pełen wad, ale silnik tłoka jest niedoskonały, więc konkurencja między nimi nie zatrzymała się tak długo. Czy to koniec wieczności? Czas pokaże.

Mówimy o tym, jak jest ustawiony i działa silnik rotacyjny

Wynalezienie silnika spalinowego dało impuls do produkcji samochodów poruszających się na paliwie ciekłym. Silniki te ewoluowały w całej historii przemysłu motoryzacyjnego: pojawiły się różne konstrukcje silników. Jedną z postępowych, ale nigdy nie rozpowszechnionych konstrukcji silników była jednostka z tłokiem obrotowym. Porozmawiamy o cechach tego typu silnika, jego zaletach i wadach w dzisiejszym artykule.

Historia

Twórcą silnika z tłokiem obrotowym był duet inżynierów NSU Felix Wankel i Walter Freude. Chociaż główną rolę w tworzeniu silnika obrotowego należy Freud (drugi uczestnik projektu w tym czasie pracował nad projektem innego silnika), w środowisku motoryzacyjnym jednostka napędowa jest znana jako silnik Wankla.

Ta elektrownia została zmontowana i przetestowana w 1957 roku. Pierwszym samochodem, na którym zainstalowano silnik z tłokiem obrotowym, był samochód sportowy NSU Spider, który rozwijał prędkość 150 km / h przy mocy silnika 57 koni mechanicznych. Ten model był produkowany przez trzy lata (1964–1967).

Naprawdę masywny samochód z silnikiem obrotowym był drugim pomysłem NSU - sedanem Ro-80.

Nazwa samochodu wskazuje, że model jest wyposażony w jednostkę obrotową. Następnie silniki obrotowe zostały zainstalowane w samochodach Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (C111), Chevrolet (Corvette), VAZ (21018) i tak dalej. Ale najbardziej masywna produkcja modeli z silnikiem obrotowym została ustanowiona przez japońską firmę Mazda. Od 1964 roku firma wyprodukowała kilka samochodów z podobnym typem elektrowni, a model Cosmo Sport stał się pionierem w tej dziedzinie. Najsłynniejszy model z silnikiem z tłokiem obrotowym, który został wyprodukowany przez tego producenta - RX (Rotor-eXperiment). Produkcja najnowszego modelu z tej rodziny, w specjalnej wersji Spirit R, została wycofana w połowie 2012 roku. Jednak nie wszystkie kopie obrotowego silnika G8 są nadal wyprzedane - oficjalny dealer Mazdy w Indonezji nadal sprzedaje te samochody.

Urządzenie

Cechą silnika wewnętrznego spalania z tłokiem obrotowym była obecność w jego konstrukcji trójdzielnego wirnika - tłoka. Obraca się w cylindrze o specjalnym kształcie. Wirnik jest osadzony na wale i połączony z kołem zębatym, które z kolei ma sprzęgło ze stojanem - przekładnią. Wirnik obraca się wokół stojana wzdłuż tak zwanej krzywej epitrochoidalnej, jego łopatki naprzemiennie zachodzą na komory cylindra, w których paliwo jest spalane.

W konstrukcji silnika obrotowego nie ma mechanizmu dystrybucji gazu - sam wirnik pełni swoją funkcję, która za pomocą łopat rozprowadza wchodzącą palną mieszaninę i uwalnia gazy spalinowe w cylindrze. Taka konstrukcja silnika pozwala obejść się bez wielu komponentów niezbędnych dla prostego silnika tłokowego (na przykład wału korbowego, korbowodów), co po pierwsze zmniejsza rozmiar i masę jednostki napędowej, a po drugie zmniejsza koszty jej produkcji.

Zalety i wady

Silnik z tłokiem obrotowym na próżno nie przyciągnął uwagi wielu wybitnych firm motoryzacyjnych. Jego konstrukcja i zasada działania pozwoliły uzyskać kilka dość znaczących korzyści w porównaniu z tradycyjnymi silnikami.

Po pierwsze, silnik z tłokiem obrotowym, ze względu na swoją konstrukcję, miał najlepszą równowagę wśród innych typów elektrowni i podlegał minimalnym drganiom.

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

Po trzecie, silnik rotacyjny jest bardziej kompaktowy i lżejszy niż standardowy agregat tłokowy. Ta funkcja pozwoliła projektantom uzyskać prawie idealny rozkład masy wzdłuż osi, co wpłynęło na stabilność samochodu na drodze.

Po czwarte, wykorzystuje znacznie mniejszą liczbę komponentów i zespołów niż w tradycyjnym silniku.

Po piąte, silnik rotacyjny ma wysoką gęstość mocy.

Wady

Wady silnika z tłokiem obrotowym, z powodu którego nigdy nie był w stanie uzyskać masowego zastosowania i nie jest obecnie stosowane w samochodach wszystkich marek, obejmują przede wszystkim wysokie zużycie paliwa przy niskich prędkościach obrotowych. W niektórych modelach osiąga 20 litrów na 100 kilometrów, co, jak widać, wcale nie jest ekonomiczne i uderza w kieszeń właściciela samochodu z silnikiem obrotowym.

Po drugie, wadą tego typu silnika jest złożoność wytwarzania jego części: aby wirnik prawidłowo przechodził przez krzywą epitrochoidalną, wymagana jest wysoka dokładność geometryczna podczas tworzenia zarówno samego wirnika, jak i cylindra. Aby to zrobić, producenci silników obrotowych używają precyzyjnego i drogiego sprzętu, a koszt produkcji jest zawarty w cenie samochodu.

Po trzecie, silnik rotacyjny jest podatny na przegrzanie ze względu na konstrukcję komory spalania: ma kształt soczewkowy, a nie kulisty, jak konwencjonalne silniki tłokowe. Mieszanka paliwowa, spalana w takiej komorze, zamienia się w energię cieplną, która jest zużywana głównie nieefektywnie - jej nadmiar ogrzewa cylinder, co ostatecznie prowadzi do zużycia i uszkodzenia.

Po czwarte, wysokie zużycie uszczelek między dyszami wirnika z powodu różnic ciśnienia w komorach spalania silnika. Dlatego zasoby takich silników wynoszą 100-150 tysięcy kilometrów, po czym z reguły wymagana jest jednostka napędowa.

Po piąte, silnik z tłokiem obrotowym wymaga terminowej i dobrze przestrzeganej 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 to obarczone awarią komponentów i zespołów silnika, co pociąga za sobą kosztowne naprawy. Oznacza to, że do obsługi i konserwacji silników tłokowych należy podchodzić w sposób bardziej odpowiedzialny niż konserwacja silników konwencjonalnych, terminowo przeprowadzając ich konserwację i przegląd.

Silnik z tłokiem obrotowym (RPD) lub silnik Wankela. Silnik spalinowy opracowany przez Felixa Wankela w 1957 roku we współpracy z Walterem Freude. W RPD funkcję tłoka pełni wirnik o trzech wierzchołkach (trihedralny), który wykonuje ruchy obrotowe wewnątrz wnęki o złożonym kształcie. Po fali eksperymentalnych modeli samochodów i motocykli w latach 60. i 70. XX wieku zainteresowanie RPD zmalało, chociaż wiele firm wciąż pracuje nad ulepszeniem konstrukcji silnika Wankla. Obecnie RPD są wyposażone w samochody Mazda. W konstrukcji modelu zastosowano obrotowy silnik tłokowy.

Zasada działania

Siła ciśnienia gazu ze spalonej mieszanki paliwowo-powietrznej napędza wirnik zamontowany przez łożyska na mimośrodowym wale. Ruch wirnika względem obudowy silnika (stojana) odbywa się za pomocą pary kół zębatych, z których jedno, większe, jest zamocowane na wewnętrznej powierzchni wirnika, drugie, podpierające, mniejsze, jest sztywno przymocowane do wewnętrznej powierzchni pokrywy bocznej silnika. Współdziałanie kół zębatych prowadzi do tego, że wirnik wykonuje okrągłe ruchy mimośrodowe, dotykając krawędzi wewnętrzną powierzchnią komory spalania. W rezultacie powstają trzy izolowane komory o zmiennej objętości między wirnikiem a obudową silnika, w których zachodzą procesy sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej, jej spalania, rozprężania gazów wywierających ciśnienie na powierzchnię roboczą wirnika oraz oczyszczania komory spalania z gazów spalinowych. Ruch obrotowy wirnika przenoszony jest na mimośrodowy wał zamontowany na łożyskach i przenoszący moment obrotowy na mechanizmy przekładniowe. Tak więc dwie pary mechaniczne działają jednocześnie w RPD: pierwsza reguluje ruch wirnika i składa się z pary kół zębatych; a drugi - przekształca ruch kołowy wirnika w obrót wału mimośrodowego. Przełożenie przekładni wirnika i stojana wynosi 2: 3, dlatego przy jednym pełnym obrocie wału mimośrodowego wirnik obraca się o 120 stopni. Z kolei dla jednego pełnego obrotu wirnika w każdej z trzech komór utworzonych przez jego powierzchnie wykonuje się pełny czterosuwowy silnik silnika spalinowego.
schemat RPD
  1 - okno wlotowe; 2 okno wylotowe; 3 - skrzynka; 4 - komora spalania; 5 - stały bieg; 6 - wirnik; 7 - koło zębate; 8 - wał; 9 - świeca zapłonowa

Zalety RPD

Główną zaletą silnika z tłokiem obrotowym jest jego prostota. W RPD jest o 35–40 procent mniej części niż w czterosuwowym silniku tłokowym. W RPD nie ma tłoków, korbowodów, wału korbowego. W „klasycznej” wersji RPD nie ma mechanizmu dystrybucji gazu. Mieszanka paliwowo-powietrzna wchodzi do wnęki roboczej silnika przez okno wlotowe, które otwiera powierzchnię wirnika. Gazy spalinowe są wyrzucane przez okno wydechowe, które ponownie przecina krawędź wirnika (przypomina to urządzenie do dystrybucji gazu dla silnika tłokowego dwusuwowego).
  Na szczególne wyróżnienie zasługuje system smarowania, który w najprostszej wersji RPD jest praktycznie nieobecny. Olej jest dodawany do paliwa - podobnie jak w silnikach dwusuwowych motocykli. Smarowanie par ciernych (głównie wirnika i powierzchni roboczej komory spalania) odbywa się za pomocą samej mieszanki paliwowo-powietrznej.
  Ponieważ masa wirnika jest niewielka i łatwo równoważona masą przeciwwag wałka mimośrodowego, RPD charakteryzuje się niskim poziomem wibracji i dobrą równomiernością pracy. W samochodach z RPD łatwiej jest wyważyć silnik, uzyskując minimalny poziom wibracji, co jest dobre dla wygody całego samochodu. Silniki dwuwirnikowe, w których same wirniki są wyważarkami redukującymi wibracje, są wyjątkowo gładkie.
  Kolejną atrakcyjną cechą RPD jest wysoka gęstość mocy przy dużych prędkościach wału mimośrodowego. Umożliwia to osiągnięcie doskonałych charakterystyk prędkości z samochodu z RPD przy stosunkowo niskim zużyciu paliwa. Niska bezwładność wirnika i zwiększona moc właściwa w porównaniu do tłokowych silników spalinowych może poprawić dynamikę samochodu.
  Wreszcie ważną zaletą RPD jest jego niewielki rozmiar. Silnik rotacyjny jest w przybliżeniu o połowę mniejszy niż czterosuwowy silnik tłokowy o tej samej mocy. Pozwala to bardziej efektywnie wykorzystać przestrzeń przedziału silnikowego, dokładniej obliczyć położenie jednostek przekładniowych i obciążenie przedniej i tylnej osi.

Wady RPD

Główną wadą silnika z tłokiem obrotowym jest niska wydajność uszczelnień szczelinowych między wirnikiem a komorą spalania. Mając złożony kształt, wirnik RPD wymaga niezawodnych uszczelnień nie tylko wzdłuż powierzchni czołowych (i są ich cztery na każdej powierzchni - dwie na górze, dwie na powierzchniach bocznych), ale także na powierzchni bocznej stykającej się z pokrywami silnika. W tym przypadku uszczelki są wykonane w postaci sprężynowych pasków ze stali wysokostopowej ze szczególnie precyzyjną obróbką zarówno powierzchni roboczych, jak i końców. Tolerancje rozszerzalności metalu wbudowanego w konstrukcję uszczelek od ogrzewania pogarszają ich charakterystykę - prawie niemożliwe jest uniknięcie przełomu gazu na końcowych sekcjach płyt uszczelniających (w silnikach tłokowych wykorzystują efekt labiryntu, instalując pierścienie uszczelniające ze szczelinami w różnych kierunkach).
  W ostatnich latach niezawodność uszczelnień gwałtownie wzrosła. Projektanci znaleźli nowe materiały na uszczelki. Jednak nie trzeba jeszcze mówić o przełomie. Foki wciąż stanowią wąskie gardło RPD.
  Zaawansowany system uszczelnienia wirnika wymaga skutecznego smarowania powierzchni ciernych. RPD zużywa więcej oleju niż czterosuwowy silnik tłokowy (od 400 gramów do 1 kilograma na 1000 kilometrów). W takim przypadku olej spala się wraz z paliwem, co negatywnie wpływa na przyjazność dla środowiska silników. W spalinach RPD jest więcej substancji niebezpiecznych dla zdrowia ludzi niż w spalinach silników tłokowych.
  Na oleje stosowane w RPD nakładane są również specjalne wymagania. Wynika to, po pierwsze, z tendencji do zwiększonego zużycia (z powodu dużej powierzchni stykających się części - wirnika i wewnętrznej komory silnika), a po drugie z przegrzania (ponownie z powodu zwiększonego tarcia i małego rozmiaru samego silnika ) Nieregularna wymiana oleju jest śmiertelnie niebezpieczna dla RPD - ponieważ cząstki ścierne w starym oleju dramatycznie zwiększają zużycie silnika i jego przechłodzenie. Uruchomienie zimnego silnika i niewystarczające jego rozgrzanie prowadzi do braku smarowania w strefie kontaktu uszczelnienia wirnika z powierzchnią komory spalania i pokrywami bocznymi. Jeśli silnik tłokowy zaczepi się podczas przegrzania, wówczas RPD najczęściej występuje podczas uruchamiania zimnego silnika (lub podczas jazdy w chłodne dni, gdy chłodzenie jest nadmierne).
Zasadniczo temperatura robocza RPD jest wyższa niż temperatura silników tłokowych. Najbardziej obciążonym termicznie obszarem jest komora spalania, która ma małą objętość i odpowiednio podwyższoną temperaturę, co komplikuje proces zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej (RPD są podatne na detonację ze względu na wydłużony kształt komory spalania, co można również przypisać wadom tego typu silnika). Stąd dokładność RPD do jakości świec. Zazwyczaj są one instalowane w tych silnikach parami.
  Silniki tłokowo-tłokowe o doskonałej charakterystyce mocy i prędkości są mniej elastyczne (lub mniej elastyczne) niż silniki tłokowe. Dają optymalną moc tylko przy wystarczająco dużych prędkościach, co zmusza projektantów do używania RPD w tandemie z wielostopniowymi skrzyniami biegów i komplikuje konstrukcję automatycznych skrzyń biegów. Ostatecznie RPD nie są tak ekonomiczne, jak powinny być w teorii.

Praktyczne zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym

RPD były najczęściej stosowane na przełomie lat 60. i 70. ubiegłego wieku, kiedy patent na silnik Wankel został zakupiony przez 11 wiodących producentów samochodów na świecie.
  W 1967 r. Niemiecka firma NSU wypuściła seryjny samochód osobowy klasy biznesowej NSU Ro 80. Ten model był produkowany przez 10 lat i sprzedawany na całym świecie w ilości 37 204 egzemplarzy. Samochód był popularny, ale niedociągnięcia zainstalowanego w nim RPD ostatecznie zrujnowały reputację tego wspaniałego samochodu. Na tle długoterminowych konkurentów model NSU Ro 80 wyglądał „blado” - przebieg do remontu silnika na przejechanych 100 tys. Kilometrów nie przekroczył 50 tys.
  Citroen, Mazda, VAZ eksperymentowały z RPD. Największy sukces odniosła Mazda, która wprowadziła na rynek swój samochód osobowy z RPD w 1963 roku, cztery lata przed NSU Ro 80. Dziś Mazda jest wyposażona w samochody sportowe RPD z serii RX. Nowoczesne samochody Mazda RX-8 ominęły wiele niedociągnięć RPD Felix Wankel. Są całkowicie przyjazne dla środowiska i niezawodne, chociaż wśród właścicieli samochodów i specjalistów od napraw uważa się je za „kapryśne”.

Praktyczne zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym

W latach 70. i 80. niektórzy producenci motocykli, Hercules, Suzuki i inni, eksperymentowali z RPD. Obecnie niewielka produkcja motocykli „obrotowych” ma miejsce tylko w Norton, który produkuje model NRV588 i przygotowuje motocykl NRV700 do produkcji seryjnej.
Norton NRV588 to rower sportowy wyposażony w dwuwirnikowy silnik o łącznej pojemności 588 centymetrów sześciennych i rozwijający moc 170 koni mechanicznych. Przy masie suchej motocykla wynoszącej 130 kg stosunek mocy do masy roweru sportowego wydaje się dosłownie wygórowany. Silnik tej maszyny jest wyposażony w układy o zmiennym wlocie i elektroniczny wtrysk paliwa. Jedyną rzeczą znaną na temat modelu NRV700 jest to, że moc RPD tego roweru sportowego wyniesie 210 KM.

Jak wiecie, zdecydowana większość współczesnych samochodów jest wyposażona w silniki spalinowe lub silniki spalinowe. Istotą ich pracy jest przekształcenie energii wytwarzanej podczas spalania mieszanki paliwowej w obrót wału, z którego za pomocą napędu mechanicznego ruch jest przenoszony na koła pojazdu. W zdecydowanej większości samochodów stosuje się teraz ICE ułożone według schematu tłoka. Istnieje jednak inny rodzaj silnika spalinowego, a mianowicie silniki rotacyjne. W tym artykule omówimy ten typ silnika.

Historia silników rotacyjnych rozpoczęła się w 1957 r., Kiedy niemieccy inżynierowie Felix Wankel i Walter Freud zademonstrowali pierwszy sprawny model takiej jednostki napędowej. Początkowo wielu wiodących światowych producentów samochodów (w szczególności Mercedes-Benz, General Motors, Citroen) poważnie zainteresowało się nowością, ale ostatecznie tylko japońska Mazda zdecydowała się opanować produkcję silników obrotowych w dużych seriach i nie rezygnować z nich przez bardzo długi czas czas

Nawiasem mówiąc, nawet krajowy VAZ od wielu lat produkuje ograniczoną serię „Łada” z obrotowymi zespołami napędowymi. Nie dostarczono ich „zwykłym” klientom, ale samochody te zostały wysłane do flot KGB i, w bardzo małych ilościach, do Ministerstwa Spraw Wewnętrznych ZSRR.

Zasada działania silnika obrotowego, a także konwencjonalnego silnika tłokowego, opiera się na zamianie energii spalania na energię obrotową, ale konwersja ta odbywa się w nieco inny sposób. W silniku obrotowym ruch obrotowy jest wykonywany bezpośrednio przez jego główny element roboczy, wirnik. Jest to właśnie najważniejsza różnica między obrotowym silnikiem spalinowym a tłokowym silnikiem spalinowym, w którym głównymi ruchomymi elementami roboczymi są tłoki, które się nie obracają, lecz poruszają się ruchem posuwisto-zwrotnym.

Zatem w silnikach obrotowych, ze względu na ich konstrukcję, mechanizmy korbowe, które są dość skomplikowane w konstrukcji i wymagają okresowej konserwacji, które przekształcają ruch posuwisto-zwrotny w ruch obrotowy wału korbowego, są całkowicie wyeliminowane.

Podobnie jak w tłoku, silnik rotacyjny wykorzystuje ciśnienie gazów wytwarzane podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Jednak nie występuje w cylindrach, ale w komorze, która jest utworzona przez tę część obudowy, która jest zamknięta z boku wewnątrz trójkątnego wirnika. To on jest używany zamiast tłoków.

Obrót wirnika pod wpływem tego ciśnienia następuje wzdłuż trajektorii bardzo podobnej do linii narysowanej przez spirograf. Z tego powodu wszystkie trzy wierzchołki trójkątnego wirnika, stykając się z wewnętrznymi ściankami obudowy silnika, tworzą szczelne komory spalania. Gdy wirnik się obraca, każda z tych trzech objętości naprzemiennie się rozszerza i kurczy. Ten tryb działania obrotowego ICE zapewnia realizację procesów takich jak:

• Otrzymanie mieszanki paliwowo-powietrznej;
• Kompresja
• Przydatna praca;
• Uwolnienie spalin

Tak więc silnik rotacyjny, podobnie jak standardowy silnik tłokowy współczesnego samochodu, jest silnikiem czterosuwowym.

Układ zapłonowy i układ wtrysku paliwa w silnikach obrotowych są podobne do stosowanych w silnikach tłokowych, jednak ich konstrukcja jest zupełnie inna. Główne elementy konstrukcyjne silnika obrotowego to:

• Wirnik;
• Stojan (obudowa);
• Wał wyjściowy.

Jak już wspomniano powyżej, wirnik znajduje się wewnątrz stojana (obudowy) i ma trzy wypukłe boki. Każdy z nich w rzeczywistości pełni rolę tłoka i ma wgłębienie niezbędne do zwiększenia prędkości obrotowej. Po każdej stronie wirnika znajdują się dwa metalowe pierścienie, które tworzą komory spalania niezbędne do funkcjonowania tego ICE.

Ważnym elementem wirnika jest koło zębate umieszczone w jego środku i współpracujące z kołem zębatym przymocowanym do obudowy. Dzięki temu parowaniu ustawiana jest niezbędna trajektoria i kierunek, w którym wirnik obraca się w obudowie.

Korpus obrotowego silnika spalinowego ma owalny kształt, który został zaprojektowany i wykonany w taki sposób, że wszystkie trzy wierzchołki wirnika zawsze stykają się z jego ściankami wewnętrznymi. Jest to konieczne, aby w dowolnym momencie wewnątrz tego zespołu mocy były całkowicie odizolowane od siebie trzy objętości gazu. Ponadto porty wlotowe i wylotowe znajdują się w obudowie i nie ma w nich zaworów: port wlotowy jest podłączony bezpośrednio do przepustnicy, a port wylotowy jest podłączony bezpośrednio do układu wydechowego.

Wał wyjściowy silnika obrotowego jest całkowicie różny od wału korbowego silnika tłokowego. Na niej mimośrodowe, to znaczy z pewnym przesunięciem względem osi środkowej, znajdują się specjalne występy. Każdy z nich ma osobny wirnik (nawiasem mówiąc, jest ich kilka w silniku obrotowym). Podczas obrotu każdy z wirników popycha „swoją” krzywkę, w wyniku czego moment obrotowy pojawia się na wale.

Należy zauważyć, że wszystkie silniki obrotowe są zmontowane warstwowo. Najczęściej używane dwa wirniki mają pięć, a wszystkie są utrzymywane za pomocą śrub osadzonych w okręgu. Chłodzenie silników obrotowych odbywa się za pomocą płynu chłodzącego, który przypomina wszystkie części konstrukcji. Łożyska i uszczelnienia wału wyjściowego znajdują się w dwóch skrajnych warstwach. Dzielą między sobą części obudowy, w których znajdują się same wirniki. Porty wlotowe znajdują się w części środkowej, a porty wylotowe w każdej z ekstremalnych części.

Zalety i wady silników rotacyjnych

Główne zalety silników rotacyjnych w porównaniu do silników tłokowych to:

• Mniej ruchomych części
• Płynniejsza praca;
• Wyższa niezawodność.

W silniku dwuwirnikowym porusza się tylko wał wyjściowy i oba wirniki, podczas gdy nawet w najprostszym projektowanym tłoku ICE istnieje co najmniej czterdzieści ruchomych części. W związku z tym niezawodność obrotowych jednostek napędowych jest znacznie wyższa.

W silnikach obrotowych wszystkie ruchome części obracają się tylko w jednym kierunku, co znacznie zmniejsza wibracje. Aby skutecznie zgasić te, które wciąż się pojawiają, stosuje się przeciwwagi. Należy również zauważyć, że obrót wirnika w silniku obrotowym stanowi tylko jedną trzecią prędkości obrotowej wału. Wpływa również pozytywnie na niezawodność jednostki napędowej.

Silniki obrotowe mają kilka istotnych wad. Być może najważniejsze jest to, że w porównaniu z tłokowymi silnikami ICE zużywają znacznie więcej paliwa. Jednocześnie koszt ich produkcji jest znacznie wyższy, więc dziś nie są produkowane w dużych partiach.

Powiązane filmy