Principiul funcționării motorului cu piston rotativ Wankel, istoria creării și dezvoltării. Principiul funcționării unui motor cu combustie internă rotativă Mașini cu motor cu piston rotativ

În 1957, inginerii germani Felix Wankel și Walter Freude au demonstrat primul motor rotativ eficient. Șapte ani mai târziu, versiunea sa îmbunătățită a avut loc sub capota mașinii sport germane „NSU-Spider” - prima mașină de producție cu un astfel de motor. Multe companii auto, cum ar fi Mercedes-Benz, Citroen și General Motors, au cumpărat o noutate. Chiar și VAZ a produs mai mulți ani mici loturi de mașini cu motoare Wankel. Dar singura companie care a decis producerea pe scară largă a motoarelor rotative și nu le-a abandonat mult timp, în ciuda oricăror crize, a fost Mazda. Primul ei model de motor rotativ, Cosmo Sports (110S), a apărut în 1967.

DUMNEZEU ÎNTRE LOR

Într-un motor cu piston, energia de ardere a amestecului aer-combustibil este transformată mai întâi în mișcare alternativă a grupului de pistoane și abia apoi în rotația arborelui cotit. Într-un motor rotativ, acest lucru se întâmplă fără o etapă intermediară și, prin urmare, cu mai puține pierderi.

Există două versiuni ale benzinei 13B-MSP de 1,3 litri aspirate cu două rotoare (secțiuni) - putere standard (192 CP) și forțată (231 CP). Din punct de vedere structural, este un sandwich format din cinci clădiri care formează două camere sigilate. În ele, sub influența energiei de ardere a gazelor, rotoarele se rotesc, montate pe un ax excentric (similar cu un arbore cotit). Această mișcare este foarte complicată. Fiecare rotor nu se rotește doar, ci este deplasat cu angrenajul său intern în jurul unui angrenaj fix în centrul unuia dintre pereții laterali ai camerei. Arborele excentric trece prin întregul sandwich al carcasei și angrenajelor staționare. Rotorul se mișcă astfel încât pentru fiecare revoluție să fie nevoie de trei rotații ale arborelui excentric.

În motorul rotativ se efectuează aceleași cicluri ca și în unitatea de piston în patru timpi: intrare, compresie, ciclu de lucru și evacuare. În același timp, nu are un mecanism complicat de distribuție a gazului - o acționare de sincronizare, arbori cu came și valve. Toate funcțiile sale sunt îndeplinite de geamurile de intrare și de ieșire din pereții laterali (cutii) - și rotorul în sine, care, rotind, deschide și închide „ferestrele”.

Principiul funcționării unui motor rotativ este prezentat în diagramă. Pentru simplitate, este dat un exemplu de motor cu o secțiune - a doua funcționează la fel. Fiecare parte a rotorului își formează cavitatea de lucru cu pereții carcaselor. În poziția 1, volumul cavității este minim, iar acest lucru corespunde cu începutul cursei de admisie. Pe măsură ce se rotește, rotorul deschide geamurile de intrare și amestecul aer-combustibil este aspirat în cameră (pozițiile 2-4). În poziția 5, cavitatea de lucru are un volum maxim. Apoi, rotorul închide geamurile de intrare și începe cursa de compresie (pozițiile 6–9). În poziția 10, când volumul cavității este din nou minim, amestecul se aprinde cu ajutorul lumânărilor și începe ciclul de lucru. Energia de ardere a gazelor rotește rotorul. Expansiunea gazului se trece la poziția 13, iar volumul maxim al cavității de lucru corespunde poziției 15. Apoi, pentru poziția 18, rotorul deschide geamurile de evacuare și împinge gazele de evacuare. Apoi ciclul începe din nou.

Celelalte cavități de lucru funcționează la fel. Și din moment ce există trei cavități, atunci pentru o revoluție a rotorului există deja trei cicluri de lucru! Și având în vedere că arborele excentric (arbore cotit) se rotește de trei ori mai repede decât rotorul, obținem un ciclu de lucru (lucru util) pe ieșirea unui arbore pentru un motor cu o singură secțiune. Pentru un motor cu patru cilindri cu un cilindru, acest raport este de două ori mai mic.

Prin raportul dintre numărul de cicluri de lucru pe revoluție al arborelui de ieșire, 13B-MSP cu două secțiuni este similar cu motorul obișnuit cu patru cilindri cu piston. Dar, în același timp, cu un volum de lucru de 1,3 litri, produce aproximativ aceeași cantitate de putere și cuplu ca un piston cu 2,6 litri! Secretul este că masele în mișcare ale motorului rotativ sunt de câteva ori mai mici - doar rotoarele și axul excentric se rotesc și chiar apoi într-o singură direcție. Pentru piston, o parte din munca utilă este cheltuită pentru conducerea mecanismului de cronometrare complex și a mișcării verticale a pistoanelor, care își schimbă în mod constant direcția. O altă caracteristică a motorului rotativ este rezistența sa mai mare la lovituri. Acesta este motivul pentru care este mai promițător pentru lucrul la hidrogen. Într-un motor rotativ, energia distructivă a combustiei anormale a amestecului de lucru acționează numai în direcția de rotație a rotorului - aceasta este o consecință a proiectării acestuia. Și într-un motor cu piston, este direcționat împotriva mișcării pistonului, ceea ce provoacă consecințe dezastruoase.

Motor Wankel: NU TOTUL NU ESTE SIMPL

Deși motorul rotativ are mai puține elemente decât motorul cu piston, folosește soluții și tehnologii de proiectare mai înșelătoare. Dar pot fi trase paralele între ele.

Carcasele rotorului (statorile) sunt realizate folosind tehnologia de inserare a tablelor: un substrat special de oțel este introdus în carcasa din aliaj de aluminiu. Datorită acestui fapt, designul este ușor și durabil. Substratul de oțel are un finisaj crom cu caneluri microscopice pentru o mai bună retenție de ulei. De fapt, un astfel de stator seamănă cu un cilindru familiar cu o căptușeală uscată și onestează pe el.

Carcase laterale - din fontă specială. Fiecare are ferestre de intrare și de ieșire. Iar la extremă (față și spate) angrenajele staționare sunt fixate. Pentru motoarele din generațiile anterioare, aceste ferestre erau în stator. Adică, în noul design și-au mărit dimensiunea și cantitatea. Datorită acestui fapt, caracteristicile de intrare și ieșire a amestecului de lucru s-au îmbunătățit, iar puterea este eficiența motorului, puterea sa și eficiența combustibilului. Carcasele laterale împerecheate cu rotori pot fi comparate în funcționalitate cu mecanismul de sincronizare al unui motor cu piston.

Rotorul este în esență același piston și în același timp o tija de conectare. Fabricat din fontă specială, gol, cât mai ușor. Pe fiecare parte a acesteia, există o cameră de combustie în formă de celule și, desigur, garnituri. În interior este introdus un rulment rotor - un fel de rulment al tijei de arbore cotit.

Dacă pistonul obișnuit costă doar trei inele (două inele de compresie și un raclet de ulei), atunci rotorul are de câteva ori mai multe astfel de elemente. Așadar, vârfurile (garniturile vârfurilor rotorului) joacă rolul primelor inele de compresie. Sunt confecționate din fontă cu prelucrare a fasciculului de electroni - pentru a crește rezistența la uzură în contact cu peretele statorului.

Apexurile constau din două elemente - sigiliul principal și colțul. Acestea sunt presate de peretele statorului printr-o forță arc și centrifugă. Rolul celui de-al doilea inel de compresie este jucat de garniturile laterale și unghiulare. Acestea asigură etanșeitatea contactului dintre rotor și carcasele laterale. Ca și apexurile, acestea sunt apăsate de pereții clădirilor de către izvoarele lor. Garniturile laterale sunt cermetice (au sarcina principală), iar garniturile din colț sunt confecționate din fontă specială. Și există garnituri izolatoare. Acestea împiedică curgerea unei părți din gazele de eșapament în geamurile de intrare prin golul dintre rotor și carcasa laterală. Pe ambele părți ale rotorului există un aspect de inele de răzuire a uleiului - garnituri de ulei. Acestea captează uleiul furnizat în cavitatea sa internă pentru răcire.

Sistemul de ungere este, de asemenea, sofisticat. Are cel puțin un radiator pentru răcirea uleiului atunci când motorul funcționează la sarcini mari și mai multe tipuri de duze de ulei. Unele sunt încorporate în arborele excentric și răcesc rotoarele (de fapt, similare cu duzele de răcire cu piston). Altele sunt încorporate în statori - o pereche pentru fiecare. Duzele sunt situate într-un unghi și sunt direcționate către pereții carcaselor laterale - pentru o mai bună lubrifiere a carcaselor și a sigiliilor rotorului lateral. Uleiul intră în cavitatea de lucru și se amestecă cu amestecul aer-combustibil, asigurând lubrifierea elementelor rămase și arde cu acesta. Prin urmare, este important să utilizați numai uleiuri minerale sau semisintetice speciale aprobate de producător. Tipurile necorespunzătoare de lubrifiere în timpul arderii dau o cantitate mare de depozite de carbon, iar acest lucru duce la detonare, erori și reducerea compresiei.

Sistemul de combustibil este destul de simplu - cu excepția numărului și a locației duzelor. Două - în fața geamurilor de admisie (una pe rotor), același număr în galeria de admisie. În colectorul motorului forțat, două duze sunt mai mari.

Camerele de ardere sunt foarte lungi și pentru ca combustia amestecului de lucru să fie eficientă, a trebuit să folosim două lumânări pentru fiecare rotor. Ele diferă între ele în lungime și electrozi. Pentru a evita instalarea necorespunzătoare, se aplică semne colorate pe fire și lumânări.

ÎN AFACERI

Durata de viață a motorului 13B-MSP este de aproximativ 100.000 km. Ciudat, suferă de aceleași probleme ca și pistonul.

Prima verigă slabă pare a fi garnituri de rotor, care prezintă încălzire puternică și sarcini mari. Acest lucru este adevărat, dar înainte de uzura naturală, acestea vor fi terminate prin detonare și producerea de rulmenți și rotori excentrici. Mai mult decât atât, numai garniturile de capăt (vârfuri) suferă, iar garniturile laterale sunt extrem de rare.

Detonarea deformează apexurile și scaunele lor pe rotor. Drept urmare, pe lângă reducerea compresiei, colțurile garniturilor pot cădea și deteriora suprafața statorului, care nu poate fi procesată. Plictisirea este inutilă: în primul rând, este dificil să găsești echipamentul necesar și, în al doilea rând, pur și simplu nu există piese de schimb pentru dimensiunea crescută. Rotorii nu pot fi reparați dacă canelurile pentru apexe sunt deteriorate. Ca de obicei, rădăcina necazurilor este la fel de combustibil. Cea mai cinstită benzină 98 nu este atât de ușor de găsit.

Principalele garnituri ale arborelui excentric se uzează cel mai repede. Aparent, datorită faptului că se rotește de trei ori mai repede decât rotoarele. Ca urmare, rotoarele primesc o compensare în raport cu pereții statorului. Și vârfurile rotoarelor trebuie să fie echidistante față de ele. Mai devreme sau mai târziu, colțurile apexurilor cad și bombă suprafața statorului. Această problemă nu poate fi prevăzută - spre deosebire de un motor cu piston, un rotor practic nu bate nici măcar atunci când garniturile sunt purtate.

Motoarele supraalimentate forțate există cazuri când, din cauza unui amestec foarte slab, apexul se supraîncălzește. Izvorul de sub el se îndoaie - ca urmare, compresia scade semnificativ.

Al doilea slăbire este încălzirea neuniformă a carcasei. Partea superioară (ciclurile de admisie și de compresie aici curg) este mai rece decât cea inferioară (cicluri de ardere și evacuare). Cu toate acestea, corpul este deformat doar în motoare cu impuls forțat, cu o capacitate de peste 500 CP.

După cum era de așteptat, motorul este foarte sensibil la tipul de ulei. Practica a demonstrat că uleiurile sintetice, deși cele speciale, formează multă funingine în timpul arderii. Se acumulează la apexe și reduce compresia. Este necesar să folosiți ulei mineral - arde aproape fără urmă. Agenții recomandă schimbarea acesteia la fiecare 5000 km.

Duzele de ulei din stator se defectează în principal din cauza murdăriei care intră în supapele interne. Aerul atmosferic intră în ele prin filtrul de aer, iar înlocuirea prematură a filtrului duce la probleme. Ventilele cu duză nu pot fi spălate.

Problemele cu pornirea la rece a motorului, în special în timpul iernii, sunt cauzate de pierderea compresiei din cauza uzurii apexurilor și a apariției depunerilor pe electrozii din cauza benzinei de proastă calitate.

În medie, există suficiente lumânări pentru 15.000-20.000 km.

Contrar credinței populare, producătorul recomandă oprirea motorului ca de obicei, și nu la viteze medii. „Experții” sunt siguri că atunci când contactul este oprit în modul de funcționare, tot combustibilul rămas este ars și acest lucru facilitează pornirea ulterioară la rece. Potrivit unor militari, nu există sens în astfel de trucuri. Dar cel puțin puțin încălzire înainte de începerea mișcării va fi cu adevărat util pentru motor. Cu ulei cald (nu mai mic de 50º), uzura sa va fi mai mică.

Cu o depanare de înaltă calitate a motorului rotativ și reparația ulterioară, acesta pleacă încă 100.000 km. Cel mai adesea, este necesară înlocuirea statorilor și a tuturor sigiliilor rotorului - trebuie să fie plătite cel puțin 175.000 de ruble.

În ciuda problemelor de mai sus, în Rusia există suficienți fani ai mașinilor rotative - ce putem spune despre alte țări! Deși Mazda a eliminat G8-ul rotativ din producție și nu se grăbește cu moștenitoarea sa.

Mazda RX-8: TEST DE ENDURANȚĂ

În 1991, Mazda-787B cu un motor rotativ a câștigat cursa de 24 de ore de Le Mans. A fost prima și singura victorie a unei mașini cu un astfel de motor. Apropo, acum departe de toate motoarele cu piston supraviețuiesc până la linia de sosire în cursele de lungă durată.

Un motor cu piston rotativ sau un motor Wankel este un motor în care mișcările circulare planetare sunt realizate ca element principal de lucru. Acesta este un tip de motor fundamental diferit de omologii pistonului din familia ICE.

La proiectarea unui astfel de agregat, se folosește un rotor (piston) cu trei fețe, care formează extern un triunghi Relo, executând mișcări circulare într-un cilindru cu profil special. Cel mai adesea, suprafața cilindrului este realizată în funcție de epitroido (o curbă plană obținută de un punct care este conectat rigid cu un cerc care se deplasează de-a lungul exteriorului celuilalt cerc). În practică, puteți găsi un cilindru și un rotor cu alte forme.

Componentele și principiul funcționării

Dispozitivul cu motor RPD este extrem de simplu și compact. Un rotor este montat pe axa unității, care este strâns conectată la angrenaj. Acesta din urmă este cuplat la stator. Un rotor cu trei fețe se deplasează de-a lungul unui plan cilindric epitroidoidal. Ca urmare, volumele schimbătoare ale camerelor de lucru ale cilindrului sunt tăiate cu ajutorul a trei valve. Plăcile de etanșare (capăt și radial) sunt presate împotriva cilindrului sub acțiunea gazului și datorită acțiunii forțelor centripetare și arcurilor centurii. Se dovedește 3 camere izolate de diferite dimensiuni. Aici se desfășoară procesele de comprimare a amestecului de combustibil și aer, extinderea gazelor, exercitarea presiunii pe suprafața de lucru a rotorului și curățarea camerei de ardere a gazelor. Mișcarea circulară a rotorului este transmisă pe axa excentrică. Axa însăși este amplasată pe rulmenți și transmite cuplul mecanismelor de transmisie. În aceste motoare, două perechi mecanice funcționează simultan. Unul, care constă din angrenaje, reglează mișcarea rotorului în sine. Altul convertește mișcarea de rotație a pistonului în mișcarea de rotație a axei excentrice.

Piese de motor cu piston

Principiul de funcționare al motorului Wankel

Pe exemplul motoarelor instalate pe vehiculele VAZ, pot fi menționate următoarele caracteristici tehnice:
  - 1.308 cm3 - volumul de lucru al camerei RPD;
  - 103 kW / 6000 min-1 - putere nominală;
  - greutatea motorului de 130 kg;
  - 125.000 km - durata motorului până la prima reparație completă.

Formarea amestecurilor

În teorie, RPD folosesc mai multe tipuri de formare de amestec: externe și interne, bazate pe combustibili lichizi, solizi, gazoși.
  În ceea ce privește combustibilii solizi, este demn de remarcat faptul că sunt gazificați inițial în generatoare de gaz, deoarece acestea conduc la formarea crescută a cenușii în butelii. Prin urmare, combustibilii gazoși și lichizi au devenit mai răspândiți în practică.
  Însăși mecanismul de formare a amestecului în motoarele Wankel va depinde de tipul de combustibil utilizat.
  Când utilizați combustibil gazos, amestecarea acestuia cu aerul are loc într-un compartiment special la intrarea motorului. Amestecul de combustibil din cilindri are o formă finită.

Din combustibil lichid, amestecul este preparat după cum urmează:

1. Aerul este amestecat cu combustibil lichid înainte de a intra în cilindri, unde intră amestecul combustibil.
2. Combustibilii lichizi și aerul intră separat în cilindrii motorului și deja în interiorul cilindrului sunt amestecate. Amestecul de lucru este obținut prin contactarea lor cu gaze reziduale.

În consecință, amestecul aer-combustibil poate fi preparat în exterior sau în interiorul cilindrilor. De aici rezultă separarea motoarelor cu formarea amestecului intern sau extern.

Caracteristici RPD

Beneficiile

Avantajele motoarelor cu piston rotativ în comparație cu motoarele pe benzină standard:

- Niveluri mici de vibrații.
  În motoarele de tip RPD, nu există conversia mișcării reciproce în mișcare de rotație, ceea ce permite unității să reziste la viteze mari cu vibrații mai mici.

- Performanțe dinamice bune.
  Datorită dispozitivului său, un astfel de motor instalat în mașină îi permite să accelereze peste 100 km / h la viteze mari, fără sarcină excesivă.

- Densitate bună de putere cu greutate redusă.
  Din cauza lipsei unui arbore cotit și a tije de conectare în proiectarea motorului, se obține o masă mică de piese mobile în RPD.

- La motoarele de acest tip nu există practic nici un sistem de ungere.
  Se adaugă direct ulei în combustibil. Amestecul aer-combustibil lubrifiază el însuși perechile de frecare.

- Motorul rotativ cu piston are dimensiuni generale.
Motorul cu piston rotativ instalat vă permite să maximizați spațiul utilizabil al compartimentului motor al mașinii, să distribuiți uniform sarcina pe axa mașinii și să calculați mai bine locația cutiei de viteze și a componentelor. De exemplu, un motor în patru timpi cu aceeași putere va fi de două ori mai mare decât un motor rotativ.

Dezavantaje ale motorului Wankel

- Calitatea uleiului de motor.
  Atunci când acționați acest tip de motor, trebuie acordată o atenție deosebită compoziției de calitate a uleiului utilizat la motoarele Wankel. Rotorul și camera motorului amplasate în interior au o suprafață de contact mare, respectiv, uzura motorului este mai rapidă, iar un astfel de motor se supraîncălzește constant. O schimbare neregulată a uleiului cauzează daune imense motorului. Uzura motorului crește semnificativ datorită prezenței particulelor abrazive în uleiul folosit.

- Calitatea bujiei.
  Operatorii acestor motoare trebuie să fie deosebit de exigenți în ceea ce privește calitatea compoziției lumânărilor. În camera de ardere, datorită volumului redus, formei extinse și temperaturii ridicate, procesul de aprindere a amestecului este dificil. Rezultatul este o temperatură de funcționare crescută și detonarea periodică a camerei de ardere.

- Materiale de elemente de etanșare.
  Un defect semnificativ al motorului RPD este organizarea sigură a garniturilor dintre camera în care arde combustibilul și rotorul. Dispozitivul rotor al unui astfel de motor este destul de complex, prin urmare, sunt necesare etanșe atât pe fețele rotorului, cât și pe suprafața laterală în contact cu capacele motorului. Suprafețele care sunt supuse frecării trebuie lubrifiate în mod constant, ceea ce duce la creșterea consumului de ulei. Practica arată că un motor RPD poate consuma de la 400 g la 1 kg de ulei pentru fiecare 1000 km. Performanța de mediu a motorului este redusă, deoarece combustibilul arde cu uleiul, ca urmare, o cantitate mare de substanțe nocive sunt eliberate în mediu.

Datorită neajunsurilor lor, astfel de motoare nu sunt utilizate pe scară largă în industria auto și la fabricarea motocicletelor. Dar, pe baza RPD, sunt fabricate compresoare și pompe. Modelatorii folosesc adesea aceste motoare pentru a-și proiecta modelele. Datorită cerințelor scăzute de eficiență și fiabilitate, proiectanții nu utilizează un sistem de etanșare complex în astfel de motoare, ceea ce îi reduce semnificativ costurile. Simplitatea designului său vă permite să o integrați cu ușurință într-un model de aeronavă.

Proiectarea pistonului rotorului

În ciuda unor deficiențe, studiile au arătat că eficiența generală a motorului Wankel este destul de ridicată în conformitate cu standardele moderne. Valoarea sa este de 40 - 45%. Pentru comparație, eficiența motoarelor cu combustie internă cu piston este de 25%, pentru turbodieselii moderni - aproximativ 40%. Cea mai mare eficiență a motoarelor diesel cu piston este de 50%. Până în prezent, oamenii de știință continuă să lucreze pentru a găsi rezerve pentru creșterea eficienței motorului.

Eficiența finală a motorului este formată din trei părți principale:

1. Eficiența combustibilului (indicator care caracterizează utilizarea rațională a combustibilului într-un motor).

Studiile în acest domeniu arată că doar 75% din combustibil arde integral. Se crede că această problemă este rezolvată prin separarea proceselor de ardere și a expansiunii gazului. Este necesar să se prevadă aranjarea camerelor speciale în condiții optime. Combustia ar trebui să aibă loc într-un spațiu limitat, cu condiția ca indicatorii de temperatură și presiunea să crească, procesul de expansiune ar trebui să aibă loc la temperaturi scăzute.

1. Eficiență mecanică (caracterizează lucrarea, al cărei rezultat a fost formarea cuplului transmis consumatorului axei principale).

Aproximativ 10% din munca motorului este cheltuită pentru conducerea unităților și mecanismelor auxiliare. Acest defect poate fi corectat prin modificarea structurii motorului: atunci când elementul principal de lucru în mișcare nu atinge corpul staționar. Un braț dinamometric constant trebuie să fie prezent pe întreaga cale a elementului principal de lucru.

1. Eficiența termică (un indicator care reflectă cantitatea de energie termică generată din arderea combustibilului, transformată în lucru util).

În practică, 65% din energia termică primită este evaporată cu gazele de evacuare în mediu. O serie de studii au arătat că este posibilă creșterea eficienței termice în cazul în care proiectarea motorului ar permite arderea combustibilului într-o cameră izolată termic, astfel încât temperatura maximă să fie atinsă de la bun început, iar la final această temperatură să fie redusă la minim prin trecerea la faza de vapori.

Starea curentă a motorului cu piston rotativ

Dificultăți tehnice semnificative au reprezentat modul de aplicare a masei motorului:
  - dezvoltarea unui proces de lucru de înaltă calitate într-o cameră nefavorabilă;
  - asigurarea etanșității etanșării volumului de lucru;
- proiectarea și crearea construcției de piese carenă care vor servi în mod fiabil întregul ciclu de viață al motorului, fără a se încălzi cu încălzirea neuniformă a acestor piese.
  Ca urmare a unei cantități uriașe de cercetare și dezvoltare, aceste firme au reușit să rezolve aproape toate cele mai complexe probleme tehnice din drum pentru a crea RPD și a intra în stadiul de producție industrială.

Primul Spider NSU produs în masă cu RPD a fost lansat de NSU Motorenwerke. Din cauza pachetelor frecvente ale motorului din cauza problemelor tehnice menționate într-o etapă timpurie în dezvoltarea proiectării motorului Wankel, garanția asigurată de NSU a dus la prăbușirea și falimentul financiar și la fuziunea ulterioară cu Audi în 1969.
  Între 1964 și 1967, au fost produse 2375 de mașini. În 1967, Spider a fost întrerupt și înlocuit de NSU Ro80 cu un motor rotativ de a doua generație; În cei zece ani de producție Ro80, au fost produse 37.398 de vehicule.

Cel mai mult succes, inginerii Mazda s-au confruntat cu aceste probleme. Ea rămâne singurul producător în masă de mașini cu motoare cu piston rotativ. Motorul modificat a început să fie pus în serie pe Mazda RX-7 din 1978. Din 2003, modelul Mazda RX-8 a adoptat succesiunea, iar în prezent este versiunea masivă și unică a mașinii cu motor Wankel.

RPD rusă

Prima mențiune a unui motor rotativ în Uniunea Sovietică datează din anii 60. Lucrările de cercetare la motoarele cu piston rotativ au început în 1961, decretul relevant al Ministerului Transporturilor și al Ministerului Agriculturii al URSS. Un studiu industrial cu o concluzie suplimentară pentru producția acestui proiect a început în 1974 la VAZ. special pentru acest scop, a fost creat Biroul special de proiectare a motoarelor cu piston rotativ (SKB RPD). Întrucât nu a fost posibil să cumpărați o licență, „wankel” serial de la NSU Ro80 a fost dezasamblat și copiat. Pe această bază, motorul VAZ-311 a fost dezvoltat și asamblat, iar acest eveniment semnificativ a avut loc în 1976. La VAZ, o gamă întreagă de RPD a fost dezvoltată de la 40 la 200 de motoare puternice. Rafinarea construcției a durat aproape șase ani. A fost posibil să se rezolve o serie de probleme tehnice asociate cu performanța garniturilor de gaz și ulei, rulmenților, pentru a deveni un flux de lucru eficient într-o cameră nefavorabilă. El a prezentat publicului său prima producție VAZ cu un motor rotativ sub capotă în 1982, a fost un VAZ-21018. Extern și constructiv, mașina era ca toate modelele acestei linii, cu o excepție, și anume, sub capotă se afla un motor rotativ cu o singură secțiune, cu o capacitate de 70 CP. Timpul de dezvoltare nu a împiedicat apariția jenării: pe toate cele 50 de mașini experimentale, în timpul funcționării s-au produs defecțiuni ale motorului, forțând instalația să instaleze un piston obișnuit la locul său.

VAZ 21018 cu un motor cu piston rotativ

După ce au stabilit că cauza defecțiunilor a fost vibrația mecanismelor și lipsa de fiabilitate a sigiliilor, proiectanții s-au angajat să salveze proiectul. Deja în 83a secțiune cu două secțiuni VAZ-411 și VAZ-413 au apărut (cu o capacitate de 120, respectiv 140 CP). În ciuda eficienței scăzute și a resurselor reduse, amploarea motorului rotativ a fost încă găsită - poliția rutieră, KGB și Ministerul Afacerilor Interne au avut nevoie de mașini puternice și lipsite de claritate. Echipat cu motoare rotative „Lada” și „Volga”, ușor prinse cu mașini străine.

Începând cu anii 80 ai secolului XX, SKB a fost pasionat de un subiect nou - utilizarea motoarelor rotative în industria conexă - industria aviației. Plecarea din industria principală a utilizării RPD-urilor a condus la faptul că pentru mașinile cu tracțiune din față, motorul rotativ VAZ-414 a fost creat abia în 1992 și chiar a fost creat timp de trei ani. În 1995, VAZ-415 a fost depus pentru certificare. Spre deosebire de predecesorii săi, este universal și poate fi instalat sub capota atât a tracțiunilor cu roți din spate („clasice” și GAZ), cât și a mașinilor cu tracțiune față (VAZ, Moskvich). Cele două secțiuni „Wankel” au un volum de lucru de 1308 cm 3 și dezvoltă o putere de 135 CP. la 6000 rpm „Nouăzeci și noua”, el accelerează până la sute în 9 secunde.

Motor VAZ-414 cu piston rotativ

În acest moment, proiectul de dezvoltare și implementare a RPD interne este înghețat.

Mai jos este prezentat un videoclip cu dispozitivul și funcționarea motorului Wankel.

Invenția motorului cu ardere internă a dat un impuls producției de mașini care se deplasează cu combustibil lichid. Aceste motoare au evoluat de-a lungul istoriei industriei auto: au apărut diverse modele de motoare. Unul dintre modelele progresive, dar încă foarte răspândite ale motorului, a fost unitatea rotativă cu piston. Vom vorbi despre caracteristicile acestui tip de motor, avantajele și dezavantajele acestuia în articolul de astăzi.

Povestea

Dezvoltatorul motorului cu piston rotativ a fost duetul inginerilor NSU Felix Wankel și Walter Freude. Deși rolul principal în crearea motorului rotativ aparține lui Freud (cel de-al doilea participant la acel moment lucra la proiectarea unui motor diferit), în mediul auto, unitatea de putere este cunoscută sub numele de motorul Wankel.

Această centrală electrică a fost asamblată și testată în 1957. Prima mașină pe care s-a instalat un motor cu piston rotativ a fost mașina sport NSU Spider, care a dezvoltat o viteză de 150 km / h cu o putere a motorului de 57 de cai putere. Acest model a fost produs timp de trei ani (1964-1967).

O mașină cu adevărat masivă, cu motor rotativ, a fost cea de-a doua epocă a NSU - Ro-80 sedan.

Numele mașinii a indicat faptul că modelul este echipat cu o unitate rotativă. Ulterior, motoare rotative au fost instalate pe autoturisme Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (C111), Chevrolet (Corvette), VAZ (21018) și așa mai departe. Dar cea mai masivă producție de modele cu motor rotativ a fost stabilită de compania japoneză Mazda. Începând cu 1964, compania produce mai multe mașini cu un tip similar de centrală, iar modelul Cosmo Sport a devenit un pionier în această chestiune. Cel mai cunoscut model cu motor cu piston rotativ, produs de acest producător - RX (Rotor-eXperiment). Producția celui mai recent model din această familie, într-o versiune specială a Spirit R, a fost eliminată treptat la jumătatea anului 2012. Cu toate acestea, nu toate copiile rotativelor G8 sunt încă vândute - dealerul oficial Mazda din Indonezia vinde în continuare aceste mașini.

dispozitiv

O caracteristică a motorului cu combustie internă cu piston rotativ a fost prezența în proiectarea sa a unui rotor triedic - un piston. Se rotește într-un cilindru care are o formă specială. Rotorul este montat pe un arbore și este conectat la o roată de viteze, care, la rândul său, are un ambreiaj cu un stator - angrenaj. Rotorul se rotește în jurul statorului de-a lungul așa-numitei curbe epitroidoide, lamele sale se suprapun alternativ camerelor cilindrilor în care este ars combustibil.

În proiectarea motorului rotativ nu există niciun mecanism de distribuție a gazului - rotorul își îndeplinește funcția în sine, care cu ajutorul lamelor sale distribuie amestecul combustibil care intră și eliberează gazele de evacuare în cilindru. Un astfel de design al motorului vă permite să faceți fără multe noduri esențiale pentru un motor cu piston simplu (de exemplu, un arbore cotit, tije de conectare), care, în primul rând, reduce dimensiunea și greutatea unității de alimentare și, în al doilea rând, reduce costul producției sale.

Avantaje și dezavantaje

Motorul rotativ cu piston nu a atras în zadar atenția multor companii de automobile eminente. Proiectarea și principiul său de funcționare au făcut posibilă obținerea mai multor avantaje semnificative față de motoarele convenționale.

În primul rând, motorul rotativ cu piston, datorită designului său, a avut cel mai bun echilibru între alte tipuri de centrale electrice și a fost supus unor vibrații minime.

În al doilea rând, această centrală electrică avea caracteristici dinamice excelente: fără o sarcină semnificativă pe motor, o mașină cu un motor cu piston rotativ poate fi ușor accelerată la 100 km / h sau mai mult în trepte mici la viteze mari ale motorului.

În al treilea rând, un motor rotativ este mai compact și mai ușor decât o unitate de alimentare cu piston standard. Această caracteristică le-a permis proiectanților să realizeze o distribuție a greutății aproape perfectă de-a lungul axelor, ceea ce a afectat stabilitatea mașinii pe șosea.

În al patrulea rând, folosește un număr mult mai mic de componente și ansambluri decât într-un motor convențional.

În al cincilea rând, motorul rotativ are o densitate mare de putere.

deficiențe

Dezavantajele motorului rotativ cu piston, din cauza căruia nu a fost niciodată capabil să utilizeze în masă și nu este folosit astăzi în mașinile de toate mărcile, includ, în primul rând, consumul ridicat de combustibil la turații reduse. La unele modele, ajunge la 20 de litri la 100 de kilometri, ceea ce, vedeți, nu este deloc economic și lovește buzunarul proprietarului unei mașini cu un motor rotativ.

În al doilea rând, dezavantajul acestui tip de motor este complexitatea fabricării pieselor sale: pentru ca rotorul să treacă corect curba epitroidoidă, este necesară o precizie geometrică ridicată atunci când se creează atât rotorul în sine, cât și cilindrul. Pentru a face acest lucru, producătorii de motoare rotative utilizează echipamente de înaltă precizie și costisitoare, iar costul de producție este stabilit în prețul mașinii.

În al treilea rând, motorul rotativ este predispus la supraîncălzire, datorită designului camerei de ardere: are o formă lenticulară și nu sferică, la fel ca motoarele cu piston convenționale. Amestecul de combustibil, care arde într-o astfel de cameră, se transformă într-o energie termică, care este consumată în cea mai mare măsură ineficientă - excesul său încălzește cilindrul, ceea ce în cele din urmă duce la uzură și deteriorare.

În al patrulea rând, uzura ridicată a garniturilor dintre duzele rotorului datorită diferențelor de presiune din camerele de combustie ale motorului. De aceea resursa unor astfel de motoare este de 100-150 mii km, după care, de regulă, este necesară o unitate de putere.

În al cincilea rând, un motor cu piston rotativ are nevoie de o procedură la timp și bine urmată: motorul consumă aproximativ 600 ml ulei de motor la 1000 km, așa că trebuie să îl schimbați la fiecare 5.000 km. Dacă nu este înlocuit la timp, aceasta este plină de defectarea componentelor și ansamblurilor motorului, ceea ce va presupune reparații costisitoare. Adică funcționarea și întreținerea motoarelor cu piston rotativ ar trebui abordate mai responsabil decât întreținerea motoarelor convenționale, efectuând în timp util întreținerea și revizuirea acestora.

Principala diferență între structura internă și principiul funcționării motorului rotativ față de motorul cu ardere internă este absența completă a activității motorului, în timp ce este posibil să se obțină viteze mari ale motorului. Motorul rotativ, sau altfel motorul Wankel, are o serie de alte avantaje și le vom lua în considerare mai detaliat.

Principiul general al motorului rotativ

RPD este acoperit într-un corp oval pentru plasarea optimă a rotorului, care are o formă triunghiulară. O caracteristică distinctivă a rotorului în absența tijelor de conectare și a arborelor, ceea ce simplifică foarte mult designul. De fapt, părțile-cheie ale taxi-ului sunt rotorul și statorul. Funcția principală a motorului în acest tip de motor este realizată datorită mișcării rotorului situat în interiorul carcasei, care este similar cu un oval.

Principiul de funcționare se bazează pe mișcarea de mare viteză a rotorului într-un cerc, ca urmare, sunt create cavități pentru a porni dispozitivul.

De ce motoarele rotative nu sunt la cerere?

Paradoxul unui motor rotativ este faptul că, în ciuda simplității designului, nu este la fel de solicitat ca un motor cu ardere internă, care are caracteristici de proiectare foarte complexe și dificultăți în implementarea lucrărilor de reparații.

Desigur, motorul rotativ nu este lipsit de defecte, altfel ar fi fost utilizat pe scară largă în industria automobilelor moderne și poate că nu am fi aflat despre existența ICE, deoarece motorul rotativ a fost proiectat mult mai devreme. Așadar, de ce să complici așa designul, încearcă să-ți dai seama.

Deficiențele evidente ale motorului rotativ pot fi considerate lipsa unei sigilări sigure în camera de ardere. Acest lucru se explică cu ușurință prin caracteristicile de proiectare și condițiile de funcționare ale motorului. În timpul frecării intense a rotorului cu pereții cilindrului, carcasa este încălzită inegal și, ca urmare, metalul carcasei se extinde de la încălzire doar parțial, ceea ce duce la încălcări accentuate ale etanșării carcasei.

Pentru a spori etanșeitatea proprietăților, mai ales dacă există o diferență pronunțată de temperatură între cameră și sistemul de admisie sau evacuare, cilindrul în sine este confecționat din metale diferite și plasat în diferite părți ale cilindrului pentru a îmbunătăți etanșeitatea.

Pentru a porni motorul, se folosesc doar două lumânări, acest lucru se datorează caracteristicilor de proiectare ale motorului, permițând să ofere 20% mai multă eficiență, comparativ cu un motor cu ardere internă, pentru aceeași perioadă de timp.

Motor rotativ Zheltyshev - principiul funcționării:

Avantajele unui motor rotativ

Cu dimensiuni mici, este capabil să dezvolte viteză mare, dar există un minus mare în această nuanță. În ciuda dimensiunilor mici, motorul rotativ este cel care consumă o cantitate imensă de combustibil, dar durata de funcționare a motorului este de doar 65.000 km. Deci, un motor de numai 1,3 litri consumă până la 20 de litri. combustibil la 100 km. Poate că acesta a fost motivul principal al lipsei de popularitate a acestui tip de motor pentru consumul de masă.

Prețul gazelor în orice moment este considerat o problemă urgentă pentru omenire, având în vedere că rezervele globale de petrol sunt situate în Orientul Mijlociu, în zona conflictelor militare constante, prețurile gazelor rămân suficient de ridicate, iar în viitorul apropiat nu există tendințe de reducere a acestora. Acest lucru duce la căutarea de soluții pentru consumul minim de resurse fără sacrificarea puterii, care este principalul argument în favoarea ICE.

Toate acestea au determinat împreună poziția motoarelor rotative, ca o opțiune potrivită pentru mașinile sport. Cu toate acestea, renumitul producător auto Mazda a continuat activitatea inventatorului Wankel. Inginerii japonezi încearcă întotdeauna să obțină la maxim modelele nereclamate prin modernizarea și aplicarea tehnologiilor inovatoare, ceea ce le permite să mențină o poziție de lider pe piața auto mondială.

Principiul funcționării motorului rotativ Akhriev din videoclip:

Noul model Mazda, echipat cu un motor rotativ, nu are putere inferioară modelelor avansate germane, oferind până la 350 de cai putere. În același timp, consumul de combustibil a fost incomparabil de mare. Inginerii de proiectare Mazda au trebuit să reducă puterea la 200 de cai putere, ceea ce a permis normalizarea consumului de combustibil, cu toate acestea, dimensiunea compactă a motorului a permis automobilului să ofere avantaje suplimentare și să concureze cu modelele de mașini europene.

În țara noastră, motoarele rotative nu au luat rădăcină. Au fost încercări de instalare a acestora pe transportul serviciilor de specialitate, dar acest proiect nu a fost finanțat în mod adecvat. Prin urmare, toate evoluțiile de succes în această direcție aparțin inginerilor japonezi din compania Mazda, care intenționează în viitorul apropiat să arate un nou model de mașină cu un motor modernizat.

Cum funcționează motorul rotativ Wankel în videoclip

Principiul funcționării unui motor rotativ

RPD funcționează prin rotirea rotorului, astfel încât există un transfer de putere la cutia de viteze prin ambreiaj. Momentul de transformare este transferul energiei de combustibil către roți datorită rotirii rotorului din oțel aliat.

Mecanismul de funcționare al unui motor cu piston rotativ:

• compresia combustibilului;
• injecție de combustibil;
• îmbogățirea cu oxigen;
• arderea amestecului;
• eliberarea produselor de ardere a combustibilului.

Cum funcționează motorul rotativ este prezentat în videoclip:

Rotorul este montat pe un dispozitiv special, în timpul rotirii formează cavități independente unele de altele. Prima cameră este umplută cu un amestec aer-combustibil. În viitor, va fi bine amestecat.

Apoi, amestecul trece într-o altă cameră, unde apar compresie și aprindere, datorită prezenței a două lumânări. Ulterior, amestecul se mută în camera următoare, părți ale combustibilului reprocesat care ies din sistem sunt deplasate din acesta.

Așa se face ciclul complet al motorului rotativ cu piston, bazat pe trei cicluri de funcționare într-o singură revoluție a rotorului. Dezvoltatorii japonezi au reușit să modernizeze semnificativ motorul rotativ și să instaleze trei rotori simultan, ceea ce poate crește semnificativ puterea.

Principiul funcționării motorului rotativ Zuev:

Astăzi, un motor îmbunătățit cu doi rotori este comparabil cu un motor cu combustie internă cu șase cilindri, iar un motor cu trei rotori nu are putere inferioară unui motor cu 12 cilindri cu ardere internă.

Nu uitați de dimensiunea compactă a motorului și de simplitatea dispozitivului, ceea ce permite, dacă este necesar, să efectuați reparații sau înlocuirea completă a principalelor unități motorii. Astfel, inginerii Mazda au reușit să dea o a doua viață acestui dispozitiv simplu și productiv.

Conceptul de motor rotativ este foarte interesant. Preocupări majore precum Mazda, Citroen, Mercedes-Benz și General Motors, au produs mașini cu motoare rotative, dar ulterior le-au abandonat. În acest articol, vom lua în considerare principiul funcționării unui motor rotativ, precum și avantajele și dezavantajele acestui design.

Ce este un motor rotativ

Un motor cu piston rotativ (RPD) este o clasă de motoare termice, unite prin tipul de mișcare a elementului de lucru sau rotor. În cazul particular al unui astfel de dispozitiv, se pot distinge motoare cu combustie internă rotativă (motoare cu combustie internă rotativă).

Acest tip de motor nu are nevoie de elemente care să transforme mișcarea translațională în rotație. În consecință, în timpul funcționării unui motor cu combustie internă rotativă, există o pierdere semnificativ mai mică decât un motor cu piston, din întreaga legătură lipsește o legătură intermediară, cum ar fi un arbore cotit.

La prima vedere, această unitate rezolvă perfect sarcina care i-a fost atribuită și are o eficiență mai mare. Cu toate acestea, acest design nu a fost răspândit și chiar problema auto Mazda, care producea mașini cu acest tip de motor de mult timp, în special modelul RX-8, a trebuit să abandoneze în sfârșit sistemele de rotor.

Acest lucru se datorează unor deficiențe în funcționarea sistemului, despre care vom discuta mai târziu în articol.

O mică istorie a apariției unității

StiiÎn prima versiune a designului Wankel, exista o cameră mobilă și un rotor fix, dar în final circuitul a fost inversat.

În acest tandem, Wankel a efectuat cercetări cu garnituri de supape rotative, iar Freude a formulat conceptul de bază și designul ingineriei. Acum motorul rotativ este adesea numit motor Wankel.

Pentru prima dată, acest model al „inimii mașinii” a fost testat pe Spiderul NSU, a cărui putere a motorului era de 57 de cai putere. În același timp, a accelerat ușor până la o viteză de 150 km / h.
  Prima masă cu sistem rotor a fost NSU Ro-80 - a doua din rândul mașinii pe întreaga linie a companiei. În industria auto autohtonă, acest model de motor a fost folosit pe un VAZ 21079, care era o mașină oficială, adesea o mașină de poliție.

Și Mazda RX (Rotor-eXperiment), care a fost produsă până la mijlocul anului 2012, deși mașinile eliberate nu sunt încă vândute complet, este considerată cea mai masivă serie de mașini cu motor rotativ.

Proiectarea motorului rotativ

Un element mobil al acestui proiect este montat pe arbore și conectat la angrenaj, care este conectat la stator și formează așa-numita "viteză fixă". Diametrul statorului în dimensiune este mult mai mic decât diametrul rotorului care se rotește în jurul angrenajului împreună cu roata dințată.

Rotorul are o formă triedică și se deplasează de-a lungul suprafeței cilindrului. În procesul de mișcare, închide alternativ volumul camerelor folosind garnituri amplasate în vârfurile rotorului. În timpul funcționării, proiectarea nu necesită distribuție specială de gaz.
1 și 2 - părți ale sistemului de admisie a motorului; 3 - partea din spate a carcasei motorului; 4 și 6 - cilindri (carcasa rotorului); 5 - partea mijlocie a carcasei motorului; 7 - partea din față a motorului; 8 - corpul clapetei de accelerație; 9 și 11 - angrenaje fixe (fixe) pe flanșe; 10 - un rotor cu un ansamblu intern al inelului de viteze; 12 - arbore excentric al rotorilor; 13 - galerie de eșapament. Datorită acțiunii presiunii gazului și a forțelor centrifuge, plăcile, care acționează ca un material de etanșare, sunt presate pe suprafața interioară a dispozitivului și, ca urmare, camera este sigilată.

Schema în cele din urmă s-a dovedit a fi mult mai simplă și mai compactă decât dispozitivele cu piston, inclusiv din cauza lipsei carterului, a manivelei și a arborelui cotit. Cel mai adesea, la fabricarea structurii, raportul între raza de angrenare și roata dințată este 2: 3.

Principiul de lucru

Un motor rotativ nu produce mișcare reciprocă, ca un ICE cu piston convențional. Principiul funcționării se bazează pe rotirea pistonului. Nu există puncte de decolorare în lucrare, cum ar fi un dispozitiv cu piston, adică funcționează mai lin, fără impulsuri.

RPD utilizează presiunea în exces care apare în timpul arderii unui amestec de combustibil și aer. Un piston este acționat de o tija de conectare și un arbore cotit. Presiunea apare în camerele, care sunt formate prin proiectarea cilindrului și a corpului rotorului, care joacă rolul unui piston.
  Traiectoria rotorului este similară cu linia unui spirograf. Când intră în contact vârfurile elementului în mișcare și pereții motorului cu ardere internă, se creează camere de combustie impermeabile.

Un rotor rotativ permite următoarele procese:

• aportul de amestec aer-combustibil;
• compresia sa;
• inflamație;
• eliberare evacuare

Când aerul intră în cameră, combustibilul este injectat simultan. Când rotorul se rotește în această cameră, amestecul este comprimat. Rotind, rotorul deplasează camera cu amestecul la bujii, după care combustibilul se aprinde și se extinde.

La următoarea cotă, amestecul intră în conducta de evacuare, iar procesul se repetă. Acest proces nu diferă de funcționarea unui motor cu piston în patru timpi.

Video: cum funcționează un motor rotativ

Pro și contra

  Avantajele unui motor rotativ includ:

• lipsa încărcărilor pulsate cu impulsuri;
• Eficiența unui astfel de motor este de 40%, spre deosebire de 20% dintr-un motor cu combustie internă cu piston;
• puterea sa este mult mai mare, în plus, funcționează mult mai liniștit, ceea ce permite utilizarea combustibilului cu un grad octan redus;
• este fabricat dintr-o cantitate mult mai mică de metal, ceea ce înseamnă că este mai ușor;
• designul conține mai puține unități și ansambluri.

  dezavantaje:

1. Etanșarea camerei de ardere și a intrării.
2. Sunt necesare calcule precise pentru dezvoltare, deoarece în frecare, metalul se extinde ca urmare a încălzirii. Calculele exacte vă permit să economisiți compresia și eficiența.
3. În acest proces, un astfel de motor are tendința de supraîncălzire, care este inferior motorului cu piston.
4. Datorită proiectării dispozitivului în sine, zonele de încălzire nu sunt distribuite uniform, deoarece temperatura din camera de ardere este mai mare decât în \u200b\u200bcamera de admisie-evacuare. În consecință, cilindrul este încălzit neuniform. Pentru a elimina acest defect de proiectare, este necesar să utilizați diverse materiale în timpul producției cilindrului.
5. Rezistența la uzură de acest tip este semnificativ mai mică decât cea a ICE-urilor cu piston, deoarece motorul rotativ funcționează la viteze mari.
6. Din cauza turațiilor mari, consumul de combustibil și ulei este semnificativ crescut.
7. Deoarece combustibilul nu are timp să se ardă complet în timpul funcționării motorului rotativ, gazele de evacuare sunt mai toxice decât cele ale pistonului.
8. Când utilizați un motor rotativ, trebuie să schimbați regulat uleiul și să monitorizați clar punerea în aplicare a acestei proceduri.

Important! În mașinile cu un astfel de motor, este necesaruleiînlocuiți fiecare 5000 km. Dacă înlocuirea nu se face în timp util, atunci probabilitatea unor defecțiuni crește semnificativ, ceea ce implică reparații costisitoare.

De exemplu, este adesea instalat în mașinile care participă la curse. În ciuda unor deficiențe semnificative, acest motor are, de asemenea, avantaje indubitabile, de aceea este considerat în continuare o alternativă serioasă la ICE cu piston.