Motor cu piston rotativ (motor Wankel). Principiul de funcționare al motorului cu piston rotativ Wankel, istoria creației și dezvoltării

Principiul de funcționare al RPD se bazează pe presiunea de expansiune a gazului, care se creează în timpul arderii combustibilului. Principala diferență și aspectul pozitiv al RPD este absența maselor cu mișcări reciproce. Toate mișcările pieselor au loc în cerc fără opriri bruște. Într-un motor cu combustie internă cu piston convențional, pistonul și biela se opresc complet în punctele moarte superioare și inferioare, ceea ce creează forțe inerțiale semnificative și necesită utilizarea unor materiale de înaltă rezistență.

Partea principală a designului este rotorul, care transformă presiunea într-o mișcare circulară. Rotorul, în cel mai simplu caz, are forma unui triunghi cu margini convexe (așa-numitul triunghi Reuleaux) și este / se rotește într-un corp oval cu un profil special, a cărui suprafață este realizată de-a lungul unui epitrohoid (sunt posibile opțiuni cu o formă diferită a rotorului și a corpului). În cavitățile dintre rotor și carcasă, complet izolate una de cealaltă și schimbându-și volumul în cursul rotației rotorului, au loc o serie de procese (cicluri) - alimentarea cu aer, injecția de combustibil, compresia amestecului, crearea scânteilor, eliminarea gazelor de eșapament:

• un amestec de aer-combustibil intră în prima cavitate prin fereastra de admisie și se amestecă (deschiderea și închiderea ferestrei se efectuează de marginea rotorului, similar cu un motor cu piston în doi timpi);
• rotorul deplasează substanța rezultată în a doua cavitate, unde are loc compresia și aprinderea;
• în a treia cavitate, amestecul se extinde și gazele de eșapament sunt îndepărtate prin fereastra de ieșire (de asemenea, se deschide și se închide cu marginea rotorului).

Punctul cheie este că aceste procese nu au loc secvențial, ci simultan și în paralel, adică într-o singură rotație a rotorului, au loc toate cele trei cicluri.

Rotorul se rotește pe un excentric - o pereche de roți dințate, dintre care cea mai mare este situată pe suprafața interioară a rotorului, iar cea mai mică, de susținere, este atașată rigid la suprafața interioară a capacului lateral al motorului. Mișcarea de rotație a rotorului este transmisă unui arbore excentric montat pe lagăre și care transmite cuplul către mecanismele de transmisie. Astfel, două perechi mecanice funcționează simultan în RPD: prima reglează mișcarea rotorului și constă dintr-o pereche de roți dințate; iar al doilea convertește mișcarea circulară a rotorului în rotația arborelui excentric. Raportul de transmisie al angrenajelor rotorului și statorului este de 2: 3, prin urmare, într-o rotație completă a arborelui excentric, rotorul are timp să se întoarcă cu 120 de grade. La rândul său, pentru o rotație completă a rotorului în fiecare dintre cele trei camere formate de marginile sale, se efectuează un ciclu complet în patru timpi al motorului cu ardere internă.

Pentru a asigura echilibrarea (în special la ralanti), sunt necesare cel puțin două rotoare, deși este utilizat și un design cu un singur rotor. Motoarele Mazda au până la trei rotoare (secțiuni).

Eficiența generală a unui motor rotativ Wankel (eficiență termică și mecanică) este de aproximativ 40-45%. Pentru comparație, motoarele cu combustie internă cu pistoane convenționale au o eficiență de 25% (conform altor surse - 34%), iar turbodieselurile moderne până la 40% (conform altor surse - 50%).

[colaps]

Clasificarea motorului cu ardere internă rotativă

A descoperi...

Motoarele rotative sunt clasificate în funcție de tipul de funcționare al camerei de ardere - este blocat pentru o vreme ermetic sau are o conexiune constantă cu atmosfera. Ultimul tip include turbine cu gaz, ale căror camere de ardere sunt separate de duza de evacuare (de atmosferă) numai printr-o „palisadă” groasă a palelor rotorului rotorului.

Motoarele cu ardere internă rotative cu camere de ardere închise ermetic sunt împărțite în 7 aranjamente structurale diferite:

1. Motoare rotative cu mișcare neuniformă multidirecțională (alternativă-rotativă) a elementului principal de lucru. Rotorul nu se rotește aici, ci mai degrabă se rotește în jurul axei sale. Procesul de compresie are loc între lamele motorului.
2. Motoare rotative cu mișcare neuniformă unidirecțională (pulsatorie-rotațională) a elementului principal de lucru. Există două rotoare în interiorul corpului. Compresia apare între lamele acestor două elemente pe măsură ce se apropie și se retrag.
3. Motoare rotative cu o mișcare de rotație simplă și uniformă a elementului principal de lucru și cu lamele de etanșare care se deplasează în rotor. Acest design este încă utilizat pe scară largă în motoarele pneumatice. Pentru motoarele cu ardere internă rotativă, camera în care are loc aprinderea este semnificativ modificată.
4. Un caz special - cu lamele obturatorului, care deviază la balamalele de pe rotor.
5. Motoare rotative cu mișcare de rotație simplă și uniformă a elementului principal de lucru și cu clape de etanșare care se deplasează în carcasă.
6. Motoare rotative cu mișcare rotativă simplă și uniformă a elementului principal de lucru și care utilizează aceeași mișcare rotativă simplă a elementelor de etanșare.
7. Motoare rotative cu o mișcare simplă de rotație a elementului principal de lucru, fără a utiliza elemente de etanșare separate și o organizare în spirală a formei camerelor de lucru. Acestea sunt considerate a fi cele mai avansate din punct de vedere tehnic din cauza absenței pieselor cu piston. Acestea sunt RPD („motorul Wankel”) în sensul clasic modern. RPD-urile de acest tip ating cu ușurință 10.000 rpm.
8. Motoare rotative cu mișcare rotativă planetară a elementului principal de lucru și fără utilizarea elementelor de etanșare separate. Prima modificare inventată de Freude și Wankel.

Avantajele RPD

A descoperi...

• Designul RPD este relativ mic (de 1,5-2 ori mai puțin decât un motor clasic cu ardere internă de aceeași putere) și are o greutate redusă, care îmbunătățește controlabilitatea mașinii, facilitează amplasarea optimă a transmisiei (distribuția greutății) și eliberează mai mult spațiu de dispunere internă.
• Datorită lipsei de conversie a mișcării alternative în mișcare rotativă și a forțelor inerțiale asociate, RPD poate rezista turații mult mai mari comparativ cu motoarele tradiționale. Ca rezultat - calități dinamice excelente (densitate mare de putere - motorul cu un volum de lucru de 1,3 litri produce 220 CP, și cu un turbocompresor - 350 CP!), Turații limită ridicate (până la 10.000 rpm), răspuns excelent al clapetei de accelerație și o curbă de cuplu plat.
• Puterea de ieșire din fiecare secțiune în timpul 3/4 de rotație a arborelui de ieșire (motorul cu combustie internă cu un singur piston produce putere doar pentru 1/4 de rotație).
• Vibrații minime, echilibrare excelentă (în special la motoarele cu două rotori).
• Cu 35-40% mai puține piese din structură în general și mase mobile în special (nu există pistoane, biele, arborele cotit, în „versiunea clasică” - un mecanism de distribuție a gazelor), o masă mult mai mică de piese mobile.
• În cea mai simplă versiune a RPD, nu există un sistem de lubrifiere separat - se adaugă ulei la combustibil, ca și în cazul funcționării motoarelor motocicletei în doi timpi. Ungerea perechilor de frecare (în primul rând rotorul și suprafața de lucru a camerei de ardere) în această versiune este produsă de amestecul combustibil-aer însuși.

[colaps]

Dezavantaje ale RAP

A descoperi...

• Eficiență redusă de etanșare a spațiului dintre rotor și camera de ardere. Rotorul RPD de o formă complexă necesită etanșări fiabile nu numai de-a lungul marginilor (și sunt patru dintre ele pe fiecare suprafață - două pe partea superioară, două pe marginile laterale), ci și pe suprafața laterală în contact cu capacele motorului. În acest caz, garniturile sunt realizate sub formă de benzi cu arcuri din oțel aliat cu o prelucrare deosebit de precisă atât a suprafețelor de lucru cât și a capetelor. Toleranțele de expansiune a metalului de la încălzire încorporate în proiectarea garniturilor de etanșare afectează caracteristicile lor - este aproape imposibil să se evite penetrarea gazului la secțiunile de capăt ale plăcilor de etanșare (la motoarele cu piston, se utilizează efectul labirint, instalând inele de etanșare cu goluri în direcții diferite).
• Sistemul complex de etanșare a rotorului necesită o lubrifiere complexă și eficientă a suprafețelor de frecare. RPD consumă mai mult ulei decât un motor cu piston în patru timpi (de la 400-1200 ml la 1000 km, se schimbă la fiecare 5000 km). Proprietarii de vehicule cu RPD recomandă verificarea nivelului de ulei în fiecare dimineață. În acest caz, uleiul arde împreună cu combustibilul, ceea ce agravează brusc ecologia RPD.
• Cerințe speciale pentru calitatea uleiului - datorită tendinței de uzură crescută (datorită suprafeței mari a pieselor în contact - rotorul și a camerei interne a motorului) și supraîncălzirii (datorită frecării crescute și dimensiunilor mici ale motorului în sine). Pentru RPD, schimbările neregulate ale uleiului sunt mortale (particulele abrazive din uleiul vechi cresc brusc uzura) și răcirea excesivă a motorului. Pornirea unui motor rece și încălzirea insuficientă duc la faptul că există o lubrifiere redusă în zona de contact a etanșărilor rotorului cu suprafața camerei de ardere și a capacelor laterale. Dacă motorul cu piston se blochează cel mai adesea la supraîncălzire, atunci RPD - în timpul pornirii unui motor rece sau în timpul frigului, când există o răcire excesivă.
• Consum ridicat de combustibil la turații reduse (și, în general). Teoretic, poate fi eliminat prin oprirea unei părți a secțiunilor la viteze mici, ceea ce reduce în același timp sarcina de temperatură.
• Cerințe ridicate pentru precizia geometrică a pieselor de fabricație și, în consecință, complexitatea ridicată a producției. Este necesară utilizarea unor echipamente de înaltă tehnologie și precizie: mașini-unelte capabile să deplaseze un instrument de-a lungul unei traiectorii complexe a suprafeței epitrohoidale a camerei de deplasare volumetrică.
• Conectarea rotorului la arborele de ieșire printr-un mecanism excentric (o trăsătură caracteristică a Wankel RPD) provoacă presiune între suprafețele de frecare, care, în combinație cu temperaturi ridicate, duce la uzură suplimentară și încălzirea motorului.
• Scăderi de presiune ridicate între camerele rotorului cu o zonă foarte mică de patch-uri de contact. Ca urmare, există o uzură rapidă a garniturilor și cerințe foarte ridicate pentru acestea, în general, o resursă scurtă a motorului (problema cheie a RPD este scurgerea mare între camere, o scădere a eficienței și o creștere a toxicității evacuării). Deci, pentru Mazda RX-8, resursa motorului este de aproximativ 100-150 mii de kilometri, cu întreținere adecvată și în timp util, după care se efectuează o revizie majoră cu înlocuirea sigiliilor. Problema uzurii rapide a etanșărilor la turații mari ale arborelui a fost parțial rezolvată prin utilizarea oțelului foarte aliajat.
• Mai puțină elasticitate față de motoarele clasice cu combustie internă cu piston - RPD produce o putere optimă doar la viteze mari, ceea ce necesită o transmisie mai complexă.
• Geometria slabă a camerei de ardere, care în RPD are o formă lenticulară, adică zonă relativ mare cu un volum mic. Când amestecul de lucru arde, principalele pierderi de energie trec prin radiații, prin urmare forma ideală a camerei de ardere este sferică. Pierderile de căldură nu numai că reduc eficiența transformării energiei chimice în energie mecanică, dar conduc și la supraîncălzirea severă a motorului (adică la un regim termic mai ridicat), precum și la o combustie slabă a amestecului combustibil-aer și la o tendință de detonare. Această problemă este parțial rezolvată prin instalarea a două lumânări în zone diferite pe o cameră de ardere.
• Resursă mică de bujii, supraîncălzirea lor, necesitatea înlocuirii la fiecare 10.000 km.

[colaps]

[colaps]

Dispozitiv RPD

A descoperi...

Rotorul montat pe arbore este conectat rigid la o roată dințată, care se plasează cu un angrenaj staționar - statorul. Diametrul rotorului este mult mai mare decât diametrul statorului, deși rotorul cu roata dințată se rotește în jurul angrenajului. Fiecare dintre vârfurile rotorului triunghiular se mișcă de-a lungul suprafeței epitrohoidale a cilindrului și volumele variabile ale camerelor din cilindru sunt tăiate folosind trei supape.

Acest design permite efectuarea oricărui ciclu în 4 timpi de Diesel, Stirling sau Otto fără utilizarea unui mecanism special de sincronizare a supapelor. Etanșarea camerelor este asigurată de plăci de etanșare radiale și de capăt presate de cilindru de forțe centrifuge, presiune de gaz și arcuri de bandă. Lipsa unui mecanism de distribuție a gazului face ca motorul să fie mult mai simplu decât un motor cu piston în patru timpi, iar lipsa cuplajului (spațiul carterului, arborele cotit și bielele) între camerele individuale de lucru asigură compactitate extraordinară și densitate mare de putere. Într-o rotație a arborelui excentric, motorul efectuează un ciclu de lucru, echivalent cu funcționarea unui motor cu doi cilindri cu piston. Într-o rotație a rotorului, arborele excentric face 3 rotații și 9 curse de lucru, ceea ce duce la comparații eronate ale unui motor rotativ cu un motor cu șase cilindri cu piston.

Amestecarea, aprinderea, ungerea, răcirea, pornirea sunt practic aceleași ca la un motor cu combustie internă cu piston convențional.

Motoarele cu rotoare triunghiulare, cu raportul razelor pinionului și roții dințate: R: r \u003d 2: 3, care sunt instalate pe mașini, bărci etc., au primit aplicații practice.

[colaps]

Cerere

A descoperi...

Prima mașină de producție cu motor rotativ a fost NSU Spider, lansată în 1964. NSU este o companie germană fondată în 1873 care producea mașini și motociclete. Până în 1969 a existat ca o companie separată, apoi a fost cumpărată de Grupul Volkswagen.

Prima producție în serie (37204 de exemplare) a fost NSU Ro-80, o adevărată descoperire datorită marketingului potrivit. Cu toate acestea, parierea pe „tehnologia revoluționară” a RPD, care nu a fost încă depanată în condiții reale, a devenit o greșeală gravă. Resursa motorului nu depășea 50 de mii de kilometri și adesea mult mai puțin. RPD a fost adesea înlocuit cu un piston Ford L4 „Essex”.

De asemenea, RPD-urile au fost instalate pe mașini:

• Citroen GS Birotor (proiect Citroën M35)
• Mercedes-Benz С111
• Corveta Chevrolet
• VAZ 21018 (1976), 21079 și 2110 (modificări pentru servicii speciale)
• Mazda (din 1978, seria Cosmo Sport și Rotor-eXperiment, cunoscută sub numele de RX)

Seria RX a fost finalizată în 2008 pe modelul RX-8. În total, mai mult de un milion de vehicule cu RPD au fost produse în serie. În total, la vârful popularității, brevetul pentru motorul Wankel a fost cumpărat de 11 producători auto de top din lume.

Interesant este faptul că mașinile Mazda cu literele RE în numele lor (primele litere ale numelui „Renesis”) pot folosi atât benzină, cât și hidrogen ca combustibil (deoarece sunt mai puțin sensibile la bătaie decât un motor convențional care utilizează o mișcare a pistonului alternativ).

RPD-urile sunt folosite și la motociclete (în loturi mici) și la modelarea aeronavelor.

Interesant, după ce a primit un brevet pentru un RPD în 1936, Felix Wankel a devenit inventatorul nu numai al motorului cu ardere internă, ci și al pompei și compresorului cu piston rotativ. Și aceste dispozitive pot fi găsite mult mai des decât RPD-urile - în producție, în ateliere de reparații, în viața de zi cu zi. De exemplu, compresoarele electrice portabile pentru șoferi sunt deseori proiectate pe principiul unei pompe cu piston rotativ.

După cum știți, principiul de funcționare al unui motor rotativ se bazează pe turații mari și absența mișcărilor, care disting motorul cu ardere internă. Aceasta este ceea ce distinge unitatea de. RPD este numit și motorul Wankel și astăzi vom lua în considerare munca sa și avantajele sale evidente.

Videoclipul descrie dispozitivul și principiul de funcționare al motorului rotativ Zheltyshev:

În mod surprinzător, au încercat să pună RPD în funcțiune în țara noastră. Un astfel de motor a fost proiectat pentru a fi instalat pe VAZ 21079, destinat vehiculului pentru servicii speciale. Dar, din păcate, proiectul nu a prins rădăcini. Ca întotdeauna, nu au existat suficiente fonduri de la bugetul de stat, care sunt scoase în mod miraculos din trezorerie.

Dar japonezii au reușit să o facă. Și nu vor să se oprească la rezultatul obținut. Conform celor mai recente date, producătorul Mazda va îmbunătăți motorul și va fi lansat în curând, deja cu o unitate complet diferită.

Să ne uităm în interiorul RPD

Funcționarea unui motor rotativ este ceva complet diferit de un motor convențional cu ardere internă. În primul rând, proiectarea motorului cu ardere internă, așa cum știm, ar trebui să fie un lucru din trecut. Și în al doilea rând, încercați să absorbiți noi cunoștințe și concepte.

RPD este denumit astfel datorită rotorului, adică care se mișcă. Această mișcare transferă puterea ambreiajului și cutiei de viteze. În esență, rotorul împinge energia din combustibil, care este apoi transferată pe roți prin transmisie. Rotorul în sine este în mod necesar fabricat din oțel aliat și, așa cum s-a menționat mai sus, are o formă de triunghi.

Videoclipul arată principiul de funcționare al motorului cu piston rotativ Zuev:

Capsula, unde se află rotorul, este un fel de matrice, centrul universului, unde au loc toate procesele. Cu alte cuvinte, în acest corp oval se află:

• compresia amestecului;
• injecție de combustibil;
• alimentarea cu oxigen;
• aprinderea amestecului;
• returnarea elementelor arse la eliberare.

Pe scurt, șase la unu, dacă doriți.

Rotorul în sine este montat pe un mecanism special și nu se rotește în jurul unei axe, ci mai degrabă rulează. Astfel, cavitățile izolate unele de altele sunt create în interiorul corpului oval, în fiecare dintre care are loc unul dintre procese. Deoarece rotorul este triunghiular, există doar trei cavități.

Totul începe așa. În prima cavitate formată, are loc aspirarea, adică camera este umplută cu aer, care este amestecat aici.

După aceea, rotorul se rotește și împinge acest amestec mixt în cealaltă cameră. Aici amestecul este comprimat și aprins folosind două lumânări.

Amestecul intră apoi în a treia cavitate, unde părțile combustibilului uzat sunt deplasate.

Acesta este ciclul complet al RPD. Dar nu este atât de simplu. Am examinat schema RPD doar dintr-o parte. Și aceste acțiuni au loc în mod constant. Cu alte cuvinte, procesele au loc imediat din trei părți ale rotorului. Ca rezultat, într-o singură rotație a unității, se repetă trei cicluri.

În plus, motorul rotativ a fost îmbunătățit. Astăzi, motoarele rotative Mazda au nu unul, ci doi sau chiar trei rotoare, ceea ce crește semnificativ performanța, mai ales în comparație cu un motor convențional cu ardere internă. Pentru comparație: un RPD cu două rotori este comparabil cu un motor cu ardere internă cu șase cilindri, iar unul cu trei rotori este comparabil cu unul cu 12 cilindri. Deci, se pare că japonezii s-au dovedit atât de perspicace și au recunoscut imediat avantajele motorului rotativ.

Din nou, performanța nu este unul dintre punctele forte ale RPD. Are multe dintre ele. După cum sa menționat mai sus, motorul rotativ este foarte compact și folosește cu el o mie de piese mai puține decât în \u200b\u200bacelași motor cu ardere internă. Există doar două părți principale în RPD - rotorul și statorul și nimic nu poate fi mai ușor.

Principiul de funcționare al unui motor cu piston rotativ i-a făcut pe mulți ingineri talentați să-și ridice sprâncenele surprinși. Și astăzi, inginerii talentați merită tot felul de laude și aprobări. Nu este o glumă să crezi în performanța unui motor aparent îngropat și să-i dai o a doua viață și ce a doua viață!

Nu mulți oameni știu că, alături de motoarele cu piston clasice, unitățile rotative sunt utilizate în industria auto, numite de inventatorul motoarelor Wankel. Sunt motoare cu un principiu intern de ardere a combustibilului, cu toate acestea, structura și principiile sale de funcționare sunt complet diferite. Astăzi vom vorbi despre motoarele rotative în detaliu.

Proiectarea motorului rotativ

Principalele părți ale motorului Wankel în designul lor nu au nimic în comun cu motoarele clasice cu ardere internă.

Părțile sale principale sunt următoarele:

1. Camera principală de lucru

Corpul oricărei unități rotative este o cameră metalică ovală în care au loc principalele procese de lucru - modul de admisie, cursa de compresie, procesul de ardere a combustibilului și eliberarea gazelor de eșapament. Forma camerei nu este întâmplătoare. Este proiectat în așa fel încât, atunci când interacționează cu rotorul, pereții acestuia intră în contact cu toate vârfurile sale, formând mai multe contururi închise. Orificiile de admisie și evacuare ale acestor motoare nu au supape. Acestea sunt situate direct pe părțile laterale ale camerei de lucru și se conectează direct la conducta de evacuare și la sistemul de alimentare.

2. Rotor

Forma rotorului amintește oarecum de un triunghi, ale cărui margini au o rotunjire convexă spre exterior. În plus, fiecare parte a acesteia este realizată cu o probă mică, care crește volumul camerei de ardere închise formate și mărește indicatorii de viteză ai rotației rotorului. Funcția acestei componente este similară cu cea a pistoanelor într-un motor convențional cu ardere internă. Apariția ciclurilor de lucru are loc prin crearea celor trei camere fiice de mai sus. Partea centrală a rotorului este dotată cu o gaură dințată care leagă rotorul de acționare, care la rândul său este fixată pe arborele de ieșire. Această legătură determină în ce direcție și de-a lungul cărei traiectorii rotorul se va deplasa în interiorul camerei principale de lucru.

3. Arborele de ieșire

Funcțiile arborelui de ieșire ale unui motor rotativ sunt similare cu cele ale arborelui cotit al unităților de putere clasice. Este dotat cu lobi semicirculari cu came care au o aliniere asimetrică cu un decalaj clar față de axa centrală de lucru. Mai multe rotoare sunt așezate pe arbore, care sunt așezate pe camera lor de lucru. Aranjamentul lor asimetric creează premisele pentru formarea unui cuplu rezultat din presiunea de forță a fiecăruia dintre rotoare.

Credem că ați ghicit deja că motoarele rotative au o structură multistrat, ceea ce implică crearea mai multor camere de lucru în care se rotesc mai multe rotoare. Singura verigă din această lucrare este arborele de ieșire care se rotește ca urmare a acestei interacțiuni sincrone. „Straturile” sunt ținute în siguranță împreună de multe șuruburi situate de-a lungul marginilor. Răcirea unor astfel de motoare este curentă. Aceasta implică găsirea antigelului nu numai în jurul blocului comun, ci și în fiecare dintre părțile sale.

Într-un motor Wankel, toate lucrările sunt construite utilizând aceeași metodă de ardere a amestecului de combustibil ca la motoarele cu piston. Cu toate acestea, nu au camere de ardere statice. Presiunea care rezultă din arderea combustibilului este creată în camere formate separat, care sunt separate de camera de lucru generală prin margini rotative.

Rotorul în sine este în permanență în contact cu vârfurile sale cu pereții camerei, creând în fiecare moment din timp o altă buclă închisă. Pe măsură ce se rotește, contururile se extind și se comprimă alternativ. În timpul acestor cicluri, aerul și combustibilul intră în cameră, care, ca urmare a forței rotorului, este comprimată și aprinsă, oferind rotorului un alt impuls de rotație prin expansiunea sa. Gazele evacuate sunt evacuate prin găuri în sistemul de evacuare, după care camera este din nou umplută cu un amestec combustibil-aer.

Avantajele și dezavantajele motoarelor rotative

Utilizarea motoarelor rotative are o serie de avantaje incontestabile.

• Mai puține componente interne... Similar unui motor cu patru cilindri cu piston, „colegul” rotativ este dotat cu doar patru părți principale: o cameră comună, o pereche de rotoare și un arbore cu came. Un ICE clasic cu cursuri similare este format din cel puțin patruzeci de piese în mișcare, fiecare dintre acestea fiind supusă uzurii.
• Softness de lucru... În timpul funcționării unităților rotorului, practic nu există vibrații, datorită faptului că toate părțile mobile se rotesc într-o singură direcție. Credem că știți că munca pistoanelor într-un motor convențional este multidirecțională. Alternează mișcarea înainte cu mișcarea inversă.
• Ritm redus... Datorită faptului că fiecare rotor este responsabil pentru rotația a doar o treime din cercul complet al arborelui de ieșire, mișcarea necesară pentru aceasta este considerabil mai lentă, ceea ce crește semnificativ fiabilitatea motorului Wankel.

Desigur, factorii negativi ai utilizării motoarelor rotative nu pot fi excluși.

• Niciun motor rotativ nu se poate adapta în mod clar la reglementările de mediu din diferite țări... Nu poate fi numit ecologic în niciun fel din cauza cantității grave de emisii de dioxid de carbon, pe care nu este realist să le reducem.
• Fabricare scumpă... Producția de motoare rotative este foarte costisitoare, în principal datorită seriilor mici de serie. Preocupările produc foarte puține dintre ele, ceea ce nu necesită o optimizare specială a costurilor de fabricație.
• Resursă limitată... Stocul funcțional al motoarelor rotative Wankel este foarte limitat. Rareori, când depășește 100-150 de mii de kilometri, la atingerea acestora, au nevoie de o pereță completă (revizie) sau de înlocuire.
• Consum crescut de combustibil... Motivul principal pentru „voracitatea” crescută este raportul lor scăzut de compresie. Motorul, menținând în același timp puterea necesară, îl compensează datorită unei cantități mai mari de combustibil furnizate în interiorul camerelor închise.

Rezultat

Rezumând, să spunem că unitățile de putere rotative, desigur, au dreptul de a exista. Au o serie de „avantaje” incontestabile care le fac posibile, deși mici, în industria auto. Pe de altă parte, severitatea „minusurilor” este destul de vizibilă. În multe țări ale lumii, acestea pur și simplu nu pot fi aplicate din cauza standardelor de mediu existente, iar consumul serios de combustibil și o resursă limitată de lucru fac ca achiziționarea de mașini cu motoare rotative să fie complet neprofitabilă. Prezicem că vor fi încă pe piață de ceva timp, dar în curând vor fi înlocuiți cu sisteme de alimentare hibride, a căror dezvoltare se realizează într-un ritm absolut grandios.

Industria auto este în continuă evoluție. Nu este surprinzător faptul că apar tehnologii alternative, care, cu toate acestea, apar rar în producția de masă. Motoarele rotative pot fi clasificate ca atare.

Important! Un impuls violent în dezvoltarea industriei auto a fost dat de invenția motorului cu ardere internă. Drept urmare, mașinile au început să funcționeze cu combustibil lichid, iar era benzinei a început.

Mașini cu motor rotativ

Motorul cu piston rotativ a fost inventat de NSU. Creatorul dispozitivului a fost Walter Freude. Cu toate acestea, acest dispozitiv din cercurile științifice poartă numele unui alt om de știință, și anume Wankel.

Faptul este că un duo de ingineri a lucrat la acest proiect. Dar rolul principal în crearea dispozitivului a aparținut lui Freude. În timp ce lucra la tehnologia rotativă, Wankel lucra la un alt proiect care nu sa încheiat în nimic.

Cu toate acestea, ca urmare a jocurilor sub acoperire, acum știm cu toții acest aparat ca un motor rotativ Wankel. Primul model de lucru a fost asamblat în 1957. NSU Spider a devenit mașina pionieră. În acel moment, el a reușit să dezvolte o viteză de o sută cincizeci de kilometri. Puterea motorului „Spider” a fost de 57 de litri. din.

„Spider” cu motor rotativ a fost produs din 1964 până în 1967. Dar nu s-a răspândit niciodată. Cu toate acestea, producătorii de automobile nu au renunțat la această tehnologie. Mai mult, au lansat un alt model - NSU Ro-80 și a devenit o adevărată descoperire. Marketingul adecvat a jucat un rol important.

Fii atent la titlu. Conține deja o indicație că mașina este echipată cu un motor rotativ. Poate că rezultatul acestui succes a fost instalarea acestor motoare pe mașini celebre precum:

• Citroen GS Birotor,
• Mercedes-Benz С111,
• Chevrolet Corvette,
• VAZ 21018.

Motoarele rotative au primit cea mai mare popularitate în țara „Soarelui Răsare”. Compania japoneză Mazda a făcut un pas riscant pentru acele vremuri și a început să producă mașini folosind această tehnologie.

Primul semn de la Mazda a fost mașina Cosmo Sport. Nu se poate spune că a câștigat o popularitate imensă, dar și-a găsit publicul. Cu toate acestea, acesta a fost doar primul pas în intrarea motoarelor rotative pe piața japoneză și în curând și pe piața mondială.

Inginerii japonezi nu numai că nu au disperat, ci, dimpotrivă, au început să lucreze cu puterea triplată. Rezultatul muncii lor a fost o serie care este amintită cu uimire de toți cursanții de stradă din orice țară a lumii - Rotor-eXperiment sau RX pe scurt.

Ca parte a acestei serii, au fost lansate mai multe modele legendare, inclusiv Mazda RX-7. A spune că această mașină cu motor rotativ a fost populară este ca și cum nu ai spune nimic. Milioane de fani ai cursei de stradă au început cu ea. La un preț relativ mic, avea caracteristici tehnice incredibile:

• accelerare la sute - 5,3 secunde;
• viteza maximă - 250 de kilometri pe oră;
• putere - 250-280 cai putere, în funcție de modificare.

Mașina este o adevărată operă de artă, este ușoară și manevrabilă, iar motorul său este admirabil. Cu caracteristicile descrise mai sus, are un volum de numai 1,3 litri. Are două secțiuni, iar tensiunea de funcționare este de 13V.

Atenţie! Mazda RX-7 a fost produsă din 1978 până în 2002. În acest timp, au fost produse aproximativ un milion de mașini cu motoare rotative.

Din păcate, ultimul model din această serie a fost lansat în 2008. Mazda RX8 completează gama legendară. De fapt, istoria motorului rotativ în producția de masă poate fi considerată completă.

Principiul de funcționare

Mulți experți în automobile consideră că proiectarea unui aparat cu piston convențional ar trebui lăsată în trecutul îndepărtat. Cu toate acestea, milioane de mașini au nevoie de o înlocuire demnă, fie că un motor rotativ le poate deveni, să ne dăm seama.

Principiul de funcționare al unui motor rotativ se bazează pe presiunea care se creează atunci când combustibilul este ars. Partea principală a designului este rotorul, care este responsabil pentru crearea mișcărilor frecvenței dorite. Ca urmare, energia este transferată la ambreiaj. Rotorul îl împinge afară, transferându-l pe roți.

Rotorul are o formă triunghiulară. Materialul de construcție este oțelul aliat. Piesa este situată într-un corp oval, în care, de fapt, are loc rotația, precum și o serie de procese importante pentru producerea de energie:

• compresia amestecului,
• injecție de combustibil,
• creând o scânteie,
• alimentare cu oxigen,
• deversarea deșeurilor de materii prime.

Principala caracteristică a dispozitivului rotativ al motorului este că rotorul are un model de mișcare extrem de neobișnuit. Rezultatul acestei soluții de proiectare este de trei celule complet izolate una de cealaltă.

Atenţie! Un anumit proces are loc în fiecare celulă.

Prima celulă primește un amestec de aer-combustibil. Amestecarea are loc în cavitate. Apoi rotorul mută substanța primită în următorul compartiment. Aici are loc compresia și aprinderea.

Combustibilul folosit este îndepărtat în a treia celulă. Lucrarea coordonată a celor trei compartimente este tocmai ceea ce oferă performanța uimitoare care a fost demonstrată pe exemplul mașinilor din seria RX.

Dar principalul secret al dispozitivului se află în altă parte. Faptul este că aceste procese nu apar una după alta, se întâmplă instantaneu. Ca rezultat, trei cicluri trec într-o singură revoluție.

Deasupra era o diagramă a funcționării motorului rotativ de bază. Mulți producători încearcă să actualizeze tehnologia pentru a obține mai multe performanțe. Unii reușesc, în timp ce alții eșuează.

Inginerii japonezi au reușit. Motoarele Mazda menționate mai sus au până la trei rotoare. Cât de mult va crește productivitatea în acest caz, vă puteți imagina.

Să dăm un exemplu ilustrativ. Să luăm un motor RPD convențional cu două rotoare și să găsim cel mai apropiat analog - un motor cu ardere internă cu șase cilindri. Dacă adăugăm un alt rotor la proiectare, atunci decalajul va fi chiar colosal - 12 cilindri.

Tipuri de motoare rotative

Multe companii auto au preluat producția de motoare rotative. Nu este surprinzător că s-au făcut multe modificări, fiecare cu propriile caracteristici:

1. Motor rotativ cu mișcare multidirecțională. Rotorul nu se rotește aici, ci mai degrabă se rotește în jurul axei sale. Procesul de compresie are loc între lamele motorului.
2. Motor rotativ rotativ cu impulsuri. Există două rotoare în interiorul corpului. Compresia apare între lamele acestor două elemente pe măsură ce se apropie și se retrag.
3. Motor rotativ cu clapă de etanșare - acest design este încă utilizat pe scară largă la motoarele pneumatice. Pentru motoarele cu ardere internă rotativă, camera în care are loc aprinderea este semnificativ modificată.
4. Motor rotativ alimentat de mișcări rotative. Se crede că acest design special este cel mai avansat din punct de vedere tehnic. Aici nu există părți alternative. Prin urmare, motoarele rotative de acest tip pot ajunge cu ușurință la 10.000 rpm.
5. Motorul rotativ planetar este prima modificare inventată de doi ingineri.

După cum puteți vedea, știința nu stă pe loc, un număr considerabil de tipuri de motoare rotative va face posibilă speranța unei dezvoltări ulterioare a tehnologiei în viitorul îndepărtat.

Avantajele și dezavantajele unui motor rotativ

După cum puteți vedea, motoarele rotative s-au bucurat atunci de o anumită popularitate. Mai mult, într-adevăr, mașinile legendare erau echipate cu motoare din această clasă. Pentru a înțelege de ce această unitate a fost instalată pe modele avansate de mașini japoneze, trebuie să îi cunoașteți toate avantajele și dezavantajele.

Avantaje

Din contextul prezentat anterior, știți deja că motorul rotativ a atras la un moment dat o mulțime de atenție din partea producătorilor de motoare, din mai multe motive:

1. Compacitate sporită a designului.
2. Greutate redusă.
3. RPD este bine echilibrat și creează un minim de vibrații în timpul funcționării.
4. Numărul de piese de schimb din motor este cu un ordin de mărime mai mic decât în \u200b\u200banalogul pistonului.
5. RPD are proprietăți dinamice ridicate

Cel mai important avantaj al RPD este densitatea sa mare de putere. O mașină cu motor rotativ poate accelera până la 100 de kilometri fără a trece la vitezele înalte menținând în același timp un număr mare de rotații.

Important! Utilizarea unui motor rotativ permite o stabilitate sporită a mașinii pe șosea datorită distribuției ideale a greutății.

dezavantaje

Acum este timpul să aflăm mai multe de ce, în ciuda tuturor avantajelor, majoritatea producătorilor au încetat să instaleze motoare rotative pe mașinile lor. Dezavantajele RPD includ:

1. Consum crescut de combustibil atunci când funcționează la turații reduse. În mașinile cele mai solicitante de resurse, poate ajunge la 20-25 de litri la 100 de kilometri.
2. Dificultate în fabricare. La prima vedere, designul unui motor rotativ este mult mai simplu decât cel al unui motor cu piston. Dar diavolul este în detalii. Sunt extrem de greu de realizat. Precizia geometrică a fiecărei părți trebuie să fie la nivelul ideal, altfel rotorul nu va putea trece curba epitrohoidală cu rezultatul adecvat. RPD necesită echipamente de înaltă precizie pentru fabricarea sa, care costă mulți bani.
3. Motorul rotativ se supraîncălzește adesea. Acest lucru se datorează structurii neobișnuite a camerei de ardere. Din păcate, chiar și după mulți ani, inginerii nu au reușit să remedieze acest defect. Excesul de energie generat de arderea combustibilului încălzește cilindrul. Acest lucru uzează foarte mult motorul și îi scurtează durata de viață.
4. De asemenea, motorul rotativ suferă de căderi de presiune. Rezultatul acestui efect este uzura rapidă a garniturilor. Durata de viață a unui RPD bine asamblat este cuprinsă între 100 și 150 de mii de kilometri. După trecerea acestei etape, revizuirea nu mai este posibilă.
5. Procedura complicată de schimbare a uleiului. Consumul de ulei de motor rotativ la 1000 de kilometri este de 600 de mililitri. Pentru ca piesele să poată fi lubrifiate corect, uleiul trebuie schimbat o dată la 5000 km. Dacă acest lucru nu se face, atunci devine extrem de probabil deteriorarea gravă a componentelor cheie ale unității.

După cum puteți vedea, în ciuda avantajelor remarcabile, RPD are o serie de dezavantaje semnificative. Cu toate acestea, departamentele de proiectare de la companii de conducere auto încă încearcă să modernizeze această tehnologie și cine știe, poate într-o zi vor reuși.

Rezultat

Motoarele rotative au multe avantaje semnificative, sunt bine echilibrate, permit o creștere rapidă a vitezei și oferă o viteză de până la 100 km în 4-7 secunde. Dar și motoarele rotative au dezavantaje, principalul fiind o durată scurtă de viață.

Când mașinile cu motoare cu combustie internă cu piston erau deja răspândite în întreaga lume, unii ingineri au încercat să dezvolte motoare rotative care erau la fel de eficiente și puternice. Specialiștii din Germania au obținut un succes semnificativ, ceea ce nu este surprinzător, deoarece în această țară a fost inventată mașina.

Un pic de istorie

În 1957 a fost lansat primul motor cu piston rotativ. Ulterior, a fost numit după unul dintre dezvoltatori - Felix Wankel. A doua persoană, Walter Freude, care a participat la procesul de invenție, a căzut nemeritat în umbra coautorului. Ambii ingineri erau reprezentanți ai companiei germane NSU, care producea autoturisme și autovehicule.

Un an mai târziu, prima mașină cu RPD a fost lansată. Din păcate, nici șefii designeri nu au fost mulțumiți de modelul noii mașini. Motorul a fost rafinat, iar la sfârșitul anilor 60 s-a născut un sedan, care a primit titlul de „Auto al anului”. Era un Ro-80 de la aceeași companie NSU. A accelerat la 100 km în doar 12,8 secunde, a atins viteze de până la 180 km / h și a cântărit puțin mai mult de o tonă. La acea vreme, aceștia erau indicatori grandioși. Licența de producție a fost imediat achiziționată de o companie de automobile după alta.

Nu se știe cum s-ar fi dezvoltat soarta invenției lui Wankel dacă criza energetică nu ar fi început în 1973 și prețurile petrolului ar fi crescut brusc. combustia a consumat prea mult combustibil, așa că au început să renunțe la utilizarea acesteia.

La sfârșitul anilor '90, numai Rusia și Japonia produceau mașini cu motoare Wankel. Mașinile rusesti VAZ echipate cu RPD-uri sunt puțin cunoscute, dar modelele japoneze au reușit să obțină popularitate mondială.

În prezent, numai Mazda produce mașini cu motoare rotative. Specialiștii japonezi au reușit să îmbunătățească motorul mașinii într-o asemenea măsură încât consumă de 2 ori mai puțin ulei și cu 40% mai puțin combustibil. Emisiile de evacuare au fost, de asemenea, reduse, iar motorul îndeplinește acum standardele europene de mediu. O nouă rundă în dezvoltarea RPD a fost utilizarea hidrogenului ca combustibil.

Fundamentele motorului rotativ

Pentru a înțelege cum funcționează un motor rotativ, trebuie să înțelegeți structura acestuia. Două părți importante ale RPD sunt rotorul și statorul. Un rotor montat pe un arbore se rotește în jurul unui angrenaj staționar - statorul. Conectarea la angrenaj se face cu ajutorul unei roți dințate. Rotorul este fabricat din oțel aliat și plasat într-un corp cilindric.

Rotorul motorului în secțiune transversală are o formă triunghiulară, marginile sale sunt convexe și trei vârfuri sunt în contact constant cu suprafața interioară a carcasei. Astfel, spațiul cilindrului este împărțit în trei camere. Ca urmare a rotației, volumul camerelor se schimbă. La un moment dat, datorită particularităților formei profilului carcasei, există patru camere.

• În prima etapă, combustibilul este lansat într-una dintre camere printr-o deschidere (orificiu de admisie).
• Mai mult, volumul camerei cu combustibil este redus, orificiul de admisie este complet închis și începe compresia combustibilului.
• În etapa următoare, se formează patru camere, se declanșează lumânări (există două), se aprinde combustibilul și se efectuează munca utilă a motorului.
• Odată cu rotația suplimentară a rotorului, se deschide fereastra de ieșire, în care scapă produsele de ardere (gazele de eșapament).

De îndată ce orificiul de evacuare este închis, orificiul de admisie se deschide și ciclul se repetă.

Un ciclu de lucru se efectuează într-o singură rotație completă a arborelui. Pentru ca un motor cu piston să facă aceeași treabă, acesta trebuie să fie un bicilindru.

Pentru a asigura etanșeitatea, plăcile de etanșare sunt instalate pe vârfurile rotorului. Acestea sunt presate de cilindru prin arcuri și forță centrifugă și se adaugă și presiunea gazului.

Pentru a înțelege mai bine cum funcționează un motor rotativ și ce este în general, este necesar să studiați diagrama. Acesta arată secțiunea transversală a unității și procesele care au loc în timpul mișcării rotorului. Diagrama motorului rotativ arată în ce etape trece rotorul, care joacă rolul unui piston.

Tipuri de motoare rotative

Cele mai vechi motoare rotative sunt morile de apă, în care o roată se rotește din acțiunea apei și transferă energie către un arbore. Dispozitivul unui motor rotativ modern care funcționează cu combustibil este mult mai complicat. În ea, camera poate fi:

• închis ermetic;
• contact permanent cu mediul extern.

Primul tip de dispozitive este utilizat la vehicule, iar al doilea la turbine cu gaz. La rândul lor, motoarele cu cameră închisă sunt împărțite în mai multe tipuri. Clasificarea este după cum urmează.

1. Rotorul se rotește alternativ într-o direcție sau alta, mișcarea sa este neuniformă.
2. Rotația are loc într-o singură direcție, dar viteza se schimbă, mișcarea pulsează.
3. Motoare cu clape de etanșare în formă de lamă.
4. Rotor rotativ uniform cu amortizoare care se mișcă odată cu rotorul și acționează ca un sigiliu.
5. Motoare cu rotor în mișcare planetară.

Există, de asemenea, alte două tipuri de motoare rotative în care elementul principal se rotește uniform. Ele diferă prin organizarea camerei de lucru și designul sigiliilor. se referă la al cincilea articol din lista de mai sus.

Avantajele RPD

Având în vedere proiectarea unui motor rotativ și principiul de funcționare, se poate înțelege că este complet diferit de un motor cu piston. Un motor cu ardere internă rotativ este mai compact, constă din mai puține piese, iar densitatea sa de putere este mai mare decât cea a unui motor cu piston.

RPD este mai ușor de echilibrat pentru a menține vibrațiile la minimum. Acest lucru permite instalarea acestuia pe vehicule ușoare, cum ar fi micro-mașinile.

Numărul de piese este de aproape 2 ori mai mic decât cel al unui motor cu piston. Dimensiunile sunt, de asemenea, mult mai mici, iar acest avantaj simplifică distribuția greutății pe osie, permite o stabilitate mai mare pe drum.

Un motor cu piston tradițional face lucrări utile numai în două rotații ale arborelui, în timp ce la un motor rotativ, lucrarea utilă se face într-o rotație a rotorului. Acesta este motivul pentru accelerarea rapidă a vehiculelor cu RPD.

Consum ridicat de combustibil RPD

Dispozitivul este surprinzător de simplu, simplu și ingenios. De ce nu s-a răspândit ca un motor cu combustie internă cu piston? Nu ultimul loc este ocupat de eficiență.

Motorul cu ardere rotativă folosește prea mult combustibil. Cu un volum de numai 1,3 litri, se consumă aproape 20 de litri de benzină la fiecare 100 km. Din acest motiv, nu multe companii au decis să lanseze producția în masă de mașini cu RPD.

Având în vedere evenimentele recente din Orientul Mijlociu, cu un război acerb asupra resurselor și prețurilor petrolului și gazului, încă destul de ridicat, se poate înțelege utilizarea limitată a RPD.

Alte dezavantaje importante

Următorul dezavantaj al unui motor cu piston rotativ este uzura rapidă a garniturilor situate de-a lungul nervurilor rotorului. Această uzură apare datorită rotației rapide și, ca rezultat, fricției nervurilor împotriva pereților camerei.

În plus, sistemul de lubrifiere a coastelor devine mai complicat. Mazda a realizat injectoare care injectează ulei în camera de ardere. În acest sens, cerințele privind calitatea uleiului au crescut. Ungerea continuă abundentă necesită, de asemenea, arborele principal în jurul căruia are loc mișcarea.

Soluția tehnică a problemelor de lubrifiere a necesitat o abordare specială și numai inginerii japonezi au reușit să facă față sarcinii după ani de experimentare.

Temperatura gazelor de eșapament a RPD este mai mare decât cea a motorului cu piston. Acest lucru se datorează lungimii cursei relativ scurte a marginii rotorului. Procesul de ardere abia are timp să se termine când fața s-a mișcat deja atât de mult încât se deschide fereastra de ieșire. Ca rezultat, gazele care nu au transferat complet presiunea către rotor ies în conducta de evacuare, iar temperatura lor este ridicată. O mică parte din amestecul de combustibil ne-ars ajunge, de asemenea, în atmosferă, ceea ce afectează negativ mediul.

La un motor rotativ, este dificil să se asigure etanșeitatea camerei de ardere. În procesul de funcționare, pereții statorului sunt încălziți și extinși inegal. Ca urmare, sunt posibile scurgeri de gaz. Partea în care are loc arderea este încălzită în special. Pentru a face față acestei probleme, diferite piese sunt fabricate din aliaje diferite. Acest lucru, la rândul său, complică și crește costul procesului de fabricație a motorului.

Costul de producție al motoarelor cu piston rotativ Wankel nu este cel mai bine afectat de forma complexă a camerei. De fapt, cilindrul nu are o secțiune transversală ovală, așa cum se spune uneori. Secțiunea are forma unui epitrohoid și necesită o execuție de înaltă precizie.

Deci, devine clar că motorul rotativ are avantajele și dezavantajele sale. Acestea pot fi rezumate în tabelul următor.

Datorită uzurii rapide a pieselor, resursa motorului rotativ este de aproximativ 65 mii km. Pentru comparație, resursa unui motor tradițional cu ardere internă este de 2 sau chiar de 3 ori mai lungă. Întreținerea motoarelor cu piston rotativ necesită mai multă responsabilitate, motiv pentru care acestea atrag atenția în special a profesioniștilor. Inginerii au reușit parțial să elimine neajunsurile vehiculelor cu RPD, dar unele dintre ele au rămas în continuare.

Motoare cu pistoane rotative Mazda

În timp ce alți producători globali au abandonat producția de motoare rotative, Mazda Corporation a continuat să lucreze la acestea. Specialiștii săi au îmbunătățit designul și au primit un motor puternic care poate concura cu cele mai bune unități europene.

Japonezii au început să lucreze cu un motor cu piston rotativ încă din 1963. Au produs mai multe modele de autobuze, camioane și mașini.

Din 1978 până în 2003, compania a produs celebra mașină sport RX-7. Succesorul său este RX-8, care a câștigat peste 30 de premii la saloanele auto internaționale.

RX-8 a fost alimentat de un motor Renesis (Rotary Engine Genesis). Mașina a fost vândută în diverse configurații din întreaga lume. Cele mai puternice modele (250 CP, 8,5 mii rpm) au fost vândute în America de Nord și Japonia. În 2007, la Salonul Auto de la Tokyo a fost prezentat un concept car cu motor Renesis II cu o capacitate de 300 CP. din.

În 2009, mașinile Mazda cu motor rotativ au fost interzise în Europa, deoarece emisiile de dioxid de carbon depășeau normele existente atunci. În 2102, producția în masă de mașini japoneze cu motoare rotative a fost întreruptă. În prezent, RPD-urile Mazda sunt instalate numai pe mașinile de curse sportive.