Motor rotativ: principiu de funcționare. Pro și contra unui motor rotativ

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 rapid 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. Walter Freude a devenit creatorul aparatului. 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. cu.

„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 atât de cunoscute 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, 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 din lume - 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 înseamnă să nu spui 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, aici este 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 foarte neobișnuit. Rezultatul unei astfel de 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 constă în ceva complet diferit. Faptul este că aceste procese nu apar unul după altul, ele apar instantaneu. Ca rezultat, trei cicluri trec într-o singură revoluție.

Mai sus a fost prezentată o diagramă a funcționării motorului rotativ de bază. Mulți producători încearcă să actualizeze tehnologia pentru a obține mai multe performanțe. Unii reușesc, 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. În mod surprinzător, 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 rotor rotativ pulsant. 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 clapetă 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 ating cu ușurință 10.000 rpm.
5. Motorul rotativ planetar este prima modificare inventată de doi ingineri.

După cum puteți vedea, știința nu stă nemișcată, un număr considerabil de tipuri de motoare rotative ne va permite să sperăm pentru dezvoltarea în continuare 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 acest dispozitiv a fost instalat pe modele avansate de mașini japoneze, trebuie să îi cunoașteți toate avantajele și dezavantajele.

Demnitate

Din fundalul oferit mai devreme, știți deja că motorul rotativ la un moment dat a atras multă 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 ​​analogul 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 vă permite să obțineți o stabilitate sporită a vehiculului 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. Este extrem de dificil să le faci. 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 al unui motor rotativ la 1000 de kilometri este de 600 de mililitri. Pentru ca piesele să poată fi lubrifiate corespunzător, 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 firme de conducere auto încă încearcă să modernizeze această tehnologie și cine știe, poate într-o zi vor reuși.

Rezultate

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, dintre care principalul este o durată scurtă de viață.

»Majoritatea oamenilor se asociază cu butelii și pistoanele, un sistem de distribuție a gazului și un mecanism cu manivelă. Acest lucru se datorează faptului că majoritatea covârșitoare a mașinilor sunt echipate cu motorul clasic și cel mai popular - piston.

Astăzi vom vorbi despre motorul cu piston rotativ Wankel, care are un set întreg de caracteristici tehnice remarcabile și, la un moment dat, ar fi trebuit să deschidă noi perspective în industria auto, dar nu și-a putut ocupa locul potrivit și nu s-a extins.

Istoria creației

Primul motor termic rotativ este considerat a fi eolipil. În primul secol d.Hr., a fost creat și descris de inginerul mecanic grec Heron din Alexandria.

Proiectarea eolipilului este destul de simplă: o sferă de bronz rotativă este situată pe o axă care trece prin centrul de simetrie. Vaporii de apă, folosiți ca fluid de lucru, curg din două duze instalate în centrul mingii opuse și perpendiculare pe axa atașamentului.


Mecanismele morilor de apă și ale vântului, folosind forța elementelor ca energie, pot fi atribuite și motoarelor rotative ale antichității.

Clasificarea motorului rotativ

Camera de lucru a unui motor rotativ cu ardere internă poate fi închisă ermetic sau poate avea o conexiune constantă cu atmosfera atunci când palele rotorului o separă de mediu. Turbinele cu gaz sunt construite pe acest principiu.

Specialiștii disting mai multe grupuri între motoarele cu piston rotativ cu camere de ardere închise. Împărțirea poate avea loc în funcție de: prezența sau absența elementelor de etanșare, în funcție de modul de funcționare al camerei de ardere (intermitent-pulsant sau continuu), în funcție de tipul de rotație al corpului de lucru.

Trebuie remarcat faptul că majoritatea proiectelor descrise nu au probe valide și există pe hârtie.
Au fost clasificate de inginerul rus I.Yu. Isaev, care însuși este ocupat cu crearea unui motor rotativ perfect. El a analizat brevete în Rusia, America și alte țări, peste 600 în total.

Motor rotativ cu ardere internă cu mișcare alternativă

Rotorul din astfel de motoare nu se rotește, ci face un arc alternativ. Lamele de pe rotor și stator sunt staționare, iar cursele de expansiune și compresie apar între ele.

Cu mișcare pulsatorie-rotațională, unidirecțională

Două rotoare rotative sunt amplasate în carcasa motorului, compresia are loc între lamele lor în momentul apropierii și expansiunea în momentul scoaterii. Datorită rotației inegale a lamelor, este necesară dezvoltarea unui mecanism de aliniere complex.

Cu clapete de etanșare și mișcări reciproce

Schema utilizată cu succes la motoarele pneumatice, unde rotația este efectuată de aer comprimat, nu a luat rădăcini în motoarele cu ardere internă din cauza presiunii și temperaturilor ridicate.

Cu sigilii și mișcări reciproce ale corpului

Schema este similară cu cea anterioară, doar clapele de etanșare sunt situate nu pe rotor, ci pe carcasa motorului. Dezavantajele sunt aceleași: imposibilitatea de a asigura o etanșeitate suficientă a lamelor carcasei cu rotorul, menținând în același timp mobilitatea acestora.

Motoare cu mișcare uniformă de lucru și alte elemente

Cele mai promițătoare și avansate tipuri de motoare rotative. Teoretic, pot dezvolta cele mai mari turații și câștiga putere, dar până acum nu a fost posibil să se creeze un singur circuit de lucru pentru un motor cu ardere internă.

Cu mișcarea planetară, rotativă a elementului de lucru

Aceasta din urmă include cea mai cunoscută schemă publică generală a motorului cu piston rotativ de către inginerul Felix Wankel.

Deși există un număr mare de alte modele de tip planetar:

• Umpleby
• Grey & Dremmond
• Marshall
• Spand
• Renault (Renault)
• Thomas
• Wellinder & Skoog
• Senso (Sensand)
• Maillard
• Ferro

Povestea lui Wankel

Viața lui Felix Heinrich Wankel nu a fost ușoară, fiind lăsat orfan devreme (tatăl viitorului inventator a murit în primul război mondial), Felix nu a putut strânge fonduri pentru studii universitare, iar profesia sa de muncitor nu i-a permis să devină puternică miopie.

Acest lucru l-a determinat pe Wankel să studieze singur disciplinele tehnice, datorită cărora în 1924 i-a venit ideea de a crea un motor rotativ cu o cameră rotativă de ardere internă.


În 1929 a primit un brevet pentru o invenție, care a fost primul pas către crearea celebrului RPD Wankel. În 1933, inventatorul, aflându-se în rândul adversarilor lui Hitler, petrece șase luni de închisoare. După ce au fost eliberați, au devenit interesați de dezvoltarea unui motor rotativ în BMW și au început să finanțeze cercetări suplimentare, după ce au alocat un atelier în Landau pentru muncă.

După război, se duce la francezi ca reparații, iar inventatorul însuși ajunge în închisoare ca complice al regimului hitlerist. Abia în 1951, Felix Heinrich Wankel a obținut un loc de muncă la compania de motociclete NSU și și-a continuat cercetările.


În același an, a început să lucreze împreună cu proiectantul șef al NSU Walter Freude, care însuși s-a angajat mult timp în cercetarea în domeniul creării unui motor cu piston rotativ pentru motociclete de curse. În 1958, primul prototip al motorului are loc pe banca de testare.

Cum funcționează un motor rotativ

Unitatea de putere, proiectată de Freude și Wankel, este un rotor în formă de triunghi Reuleaux. Rotorul se rotește planetar în jurul unei roți dințate fixate în centrul statorului - o cameră de ardere staționară. Camera în sine este realizată sub forma unui epitrohoid, care seamănă vag cu o cifră opt cu un centru alungit în exterior; acționează ca un cilindru.

Mișcându-se în interiorul camerei de ardere, rotorul formează cavități cu volum variabil, în care au loc cursele motorului: admisie, compresie, aprindere și evacuare. Camerele sunt separate ermetic una de alta prin etanșări - vârfuri, a căror uzură este punctul slab al motoarelor cu piston rotativ.

Aprinderea amestecului combustibil-aer se realizează de două bujii simultan, deoarece camera de ardere are o formă alungită și un volum mare, care încetinește rata de ardere a amestecului de lucru.

La un motor rotativ, se folosește un unghi de întârziere, nu un unghi de avans, ca la un motor cu piston. Acest lucru este necesar pentru ca aprinderea să se producă puțin mai târziu, iar forța exploziei împinge rotorul în direcția corectă.

Designul lui Wankel a făcut posibilă simplificarea semnificativă a motorului, abandonarea multor piese. Necesitatea unui mecanism separat de distribuție a gazelor a dispărut, greutatea și dimensiunile motorului au scăzut semnificativ.

Avantaje

După cum sa menționat mai devreme, un motor rotativ Wankel nu necesită atât de multe piese ca un motor cu piston, prin urmare are o dimensiune, greutate și densitate de putere mai mici (numărul de „cai” pe kilogram de greutate).

Nu există un mecanism de manivelă (în versiunea clasică), care a făcut posibilă reducerea greutății și a vibrațiilor. Datorită absenței mișcărilor pistonului alternativ și a masei reduse a pieselor în mișcare, motorul poate dezvolta și rezista turații foarte mari, reacționând aproape instantaneu la apăsarea pedalei de gaz.

Un motor rotativ cu ardere internă produce putere în trei sferturi din fiecare rotație a arborelui de ieșire, în timp ce un motor cu piston produce doar un sfert.

dezavantaje

Acest lucru se datorează faptului că motorul Wankel, cu toate avantajele sale, are un număr mare de dezavantaje, astăzi doar Mazda continuă să-l dezvolte și să-l îmbunătățească. Deși brevetul pentru acesta a fost cumpărat de sute de companii, inclusiv Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan și altele.

Resursă mică

Principalul și cel mai semnificativ dezavantaj este durata de viață redusă a motorului. În medie, este egal cu 100 de mii de kilometri pentru Rusia. În Europa, Statele Unite și Japonia, această cifră este de două ori mai mare, datorită calității combustibilului și a întreținerii competente.


Cea mai mare sarcină o întâmpină plăcile metalice, vârfurile sunt garniturile radiale dintre camere. Trebuie să reziste la temperaturi ridicate, presiuni și sarcini radiale. Pe RX-7, înălțimea vârfului este de 8,1 milimetri, înlocuirea este recomandată atunci când este purtată până la 6,5, pe RX-8 a fost redusă la 5,3 de fabrică, iar uzura admisibilă nu depășește 4,5 milimetri.

Este important să monitorizați compresia, starea uleiului și duzele de ulei care furnizează lubrifiant în camera motorului. Principalele semne de uzură a motorului și o revizie iminentă sunt compresia redusă, consumul de ulei și pornirea la cald dificilă.

Prietenie scăzută a mediului

Deoarece sistemul de lubrifiere al unui motor cu piston rotativ implică injectarea directă de ulei în camera de ardere și, de asemenea, datorită arderii incomplete a combustibilului, gazele de eșapament au o toxicitate crescută. Acest lucru a făcut dificilă trecerea auditurilor de mediu care trebuiau îndeplinite pentru a vinde mașini pe piața americană.

Pentru a rezolva problema, inginerii Mazda au creat un reactor termic care a ars hidrocarburi înainte de a fi eliberat în atmosferă. Pentru prima dată, a fost instalat pe o mașină Mazda R100.


În loc să reducă producția ca altele, Mazda a început să vândă mașini cu sistemul anti-poluare a motorului rotativ (REAPS) în 1972.

Consum ridicat

Toate mașinile cu motoare rotative se disting prin consumul ridicat de combustibil.

Pe lângă Mazda, au fost și Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (cu patru secțiuni, volum de 4 litri), Citroen M35, dar acestea sunt în mare parte modele experimentale și din cauza crizei petrolului care a izbucnit în anii 80, producția lor a fost suspendată ...

Lungimea mică a cursei de lucru a rotorului și forma semilunară a camerei de ardere nu permit amestecului de lucru să ardă complet. Ieșirea se deschide chiar înainte de momentul arderii complete, gazele nu au timp să transfere toată forța de presiune către rotor. De aceea, temperatura gazelor de eșapament a acestor motoare este atât de ridicată.

Istoria RPD internă

La începutul anilor 80, URSS a devenit interesată și de tehnologie. Este adevărat, brevetul nu a fost achiziționat și au decis să facă totul cu mintea lor, cu alte cuvinte, pentru a copia principiul de funcționare și dispozitivul motorului rotativ Mazda.

În aceste scopuri, a fost creat un birou de proiectare, iar în Togliatti un atelier pentru producția în serie. În 1976, primul prototip al unui motor VAZ-311 cu o singură secțiune, cu o capacitate de 70 CP. cu. instalat pe 50 de mașini. În foarte scurt timp, au dezvoltat o resursă. Echilibrul slab al SEM (mecanismul rotativ-excentric) și uzura rapidă a vârfurilor s-au făcut simțite.


Cu toate acestea, serviciile speciale au devenit interesate de dezvoltare, pentru care caracteristicile dinamice ale motorului erau mult mai importante decât resursa. În 1982, un motor rotativ cu două secțiuni VAZ-411, cu o lățime a rotorului de 70 cm și o putere de 120 CP, a văzut lumina. cu. și VAZ-413 cu un rotor de 80 cm și 140 de litri. cu. Mai târziu, motoarele VAZ-414 au fost folosite pentru echiparea mașinilor KGB, GAI și a Ministerului Afacerilor Interne.

Din 1997, o unitate de putere VAZ-415 a fost instalată pe o mașină publică, apare un Volga cu un RPD cu trei secțiuni VAZ-425. Astăzi, în Rusia, mașinile nu sunt echipate cu astfel de motoare.

Lista vehiculelor cu motor cu piston rotativ

Lista motoarelor rotative Mazda

Reguli de funcționare a motorului rotativ

1. schimbați uleiul la fiecare 3-5 mii de kilometri. Consumul de 1,5 litri la 1000 km este considerat normal.
2. monitorizați starea duzelor de ulei, durata lor medie de viață este de 50 de mii.
3. schimbați filtrul de aer la fiecare 20 de mii.
4. folosiți doar lumânări speciale, resurse 30-40 mii kilometri.
5. umpleți rezervorul cu benzină nu mai mică decât AI-95, ci mai bună AI-98.
6. măsurați compresia la schimbarea uleiului. Pentru aceasta, se folosește un dispozitiv special, compresia ar trebui să fie în 6,5-8 atmosfere.

Când funcționați cu compresie sub acești indicatori, este posibil ca setul de reparații standard să nu fie suficient - va trebui să schimbați întreaga secțiune și, eventual, întregul motor.

Azi e

Până în prezent, se desfășoară producția în serie a modelului Mazda RX-8, echipat cu motorul Renesis (prescurtat ca Rotary Engine + Genesis).


Designerii au reușit să reducă la jumătate consumul de ulei și 40% consumul de combustibil și să aducă clasa de mediu la nivelul Euro-4. Motorul de 1,3 litri oferă 250 CP. cu.

În ciuda tuturor realizărilor, japonezii nu se opresc aici. Contrar afirmațiilor celor mai mulți experți că RPD nu are viitor, aceștia nu încetează să îmbunătățească tehnologia și nu cu mult timp în urmă au prezentat conceptul unui coupe sport RX-Vision, cu un motor rotativ SkyActive-R.

Un motor rotativ este un motor cu ardere internă care este fundamental diferit de un motor cu piston convențional.
Într-un motor cu piston, patru curse sunt efectuate în același volum de spațiu (cilindru): admisie, compresie, cursă de lucru și evacuare. Motorul rotativ efectuează aceleași curse, dar toate au loc în diferite părți ale camerei. Acest lucru poate fi comparat cu un cilindru separat pentru fiecare cursă, cu pistonul deplasându-se treptat de la un cilindru la altul.

Motorul rotativ a fost inventat și dezvoltat de Dr. Felix Wankel și este uneori numit motorul Wankel sau motorul rotativ Wankel.

În acest articol, vom explica modul în care funcționează un motor rotativ. În primul rând, să vedem cum funcționează.

Principiul de funcționare al unui motor rotativ

Rotorul și carcasa motorului rotativ Mazda RX-7. Aceste piese înlocuiesc pistoanele, cilindrii, supapele și arborele cu came al motorului cu piston.

La fel ca un motor cu piston, un motor rotativ folosește presiunea creată prin arderea amestecului aer-combustibil. La motoarele cu piston, această presiune se acumulează în cilindri și acționează pistoanele. Bielele și arborele cotit transformă mișcarea alternativă a pistonului în mișcare de rotație care poate fi utilizată pentru rotirea roților vehiculului.

Într-un motor rotativ, presiunea de ardere este generată într-o cameră formată din partea carcasei acoperită de partea rotorului triunghiular, care este utilizată în locul pistonilor.

Rotorul se rotește într-o traiectorie care seamănă cu o linie trasată de un spirograf. Datorită acestei traiectorii, toate cele trei vârfuri ale rotorului sunt în contact cu carcasa, formând trei volume separate de gaz. Rotorul se rotește și fiecare dintre aceste volume se extinde și se contractă alternativ. Acest lucru permite amestecului de aer / combustibil să pătrundă în motor, compresie, extindere utilă și evacuare.

Mazda RX-8

Mazda RX-8 este alimentat de un motor rotativ numit RENESIS. Acest motor a fost numit cel mai bun motor din 2003. Este un dublu-rotor aspirat natural și produce 250 CP.

Structura motorului rotativ

Rotor

În partea de sus a fiecărei fețe este o placă metalică care împarte spațiul în camere. Două inele metalice de fiecare parte a rotorului formează pereții acestor camere.

În centrul rotorului există o roată dințată cu un aranjament intern al dinților. Se împerechează cu un angrenaj fixat pe corp. Această asociere stabilește traiectoria și direcția de rotație a rotorului în carcasă.

Carcasă (stator)

În fiecare parte a corpului are loc unul dintre procesele de ardere internă. Spațiul corpului este împărțit pentru patru bare:

• Admisie
• Comprimare
• Ceas de lucru
• Eliberare

Axa de iesire

Arborele de ieșire (observați camele excentrice)

Arborele de ieșire are lobi cu came rotunzi situați excentric, adică decalat de axa centrală. Fiecare rotor este împerecheat cu una dintre aceste proiecții. Arborele de ieșire este analog cu arborele cotit la motoarele cu piston. Când se rotește, rotorul împinge camele. Deoarece camele sunt instalate asimetric, forța cu care rotorul îl apasă, creează un cuplu pe arborele de ieșire, determinând rotirea acestuia.

Colectarea unui motor rotativ

Cele două straturi exterioare au etanșări și lagăre pentru arborele de ieșire. De asemenea, izolează cele două părți ale carcasei care adăpostesc rotoarele. Suprafețele interioare ale acestor piese sunt netede pentru a asigura etanșarea corectă a rotorilor. Portul de alimentare cu alimentare este situat la fiecare dintre porțiunile de capăt.

Partea carcasei în care este situat rotorul (rețineți locația orificiului de ieșire)

Următorul strat include o carcasă ovală a rotorului și un orificiu de ieșire. Rotorul este instalat în această parte a carcasei.

Secțiunea centrală conține două orificii de intrare, unul pentru fiecare rotor. De asemenea, separă rotoarele astfel încât suprafața sa interioară să fie netedă.

În centrul fiecărui rotor se află un angrenaj dințat intern care se rotește în jurul unui angrenaj mai mic montat pe carcasa motorului. Determină traiectoria rotației rotorului.

Puterea motorului rotativ

Port de intrare situat central pentru fiecare rotor

La fel ca motoarele cu piston, un motor rotativ cu ardere internă utilizează un ciclu în patru timpi. Dar într-un motor rotativ, un astfel de ciclu se desfășoară diferit.

Într-o rotație completă a rotorului, arborele excentric face trei rotații.

Elementul principal al unui motor rotativ este rotorul. Acționează ca un piston într-un motor cu piston convențional. Rotorul este montat pe o came circulară mare pe arborele de ieșire. Camera este decalată de linia centrală a arborelui și acționează ca o manivelă, permițând rotorului să rotească arborele. Rotind în interiorul carcasei, rotorul împinge camera în jurul circumferinței, rotind-o de trei ori într-o singură rotație completă a rotorului.

Dimensiunea camerelor formate de rotor se modifică pe măsură ce acesta se rotește. Această redimensionare oferă o acțiune de pompare. În continuare, vom analiza fiecare dintre cele patru curse ale unui motor rotativ.

Admisie

Pe măsură ce rotorul se rotește mai departe, camera este izolată și începe cursa de compresie.

Comprimare

Ceas de lucru

Presiunea de ardere rotește rotorul în direcția creșterii volumului camerei. Gazele de ardere continuă să se extindă, rotind rotorul și generând energie până când partea superioară a rotorului trece prin orificiul de evacuare.

Eliberare

Trebuie remarcat faptul că fiecare dintre cele trei laturi ale rotorului este întotdeauna implicată într-una din etapele ciclului, adică într-o singură revoluție completă a rotorului, se efectuează trei curse de lucru. Pentru o rotație completă a rotorului, arborele de ieșire face trei rotații, deoarece există un ciclu pe rotație a arborelui.

Diferențe și probleme

Mai puține piese în mișcare

Prin reducerea numărului de piese în mișcare, fiabilitatea motorului rotativ este crescută. Din acest motiv, unii producători folosesc motoare rotative în loc de motoare cu piston pe aeronava lor.

Operatiune delicata

Livrarea de energie este, de asemenea, mai lină. Datorită faptului că fiecare cursă a ciclului are loc în timpul rotației rotorului cu 90 de grade, iar arborele de ieșire face trei rotații pentru fiecare rotație a rotorului, fiecare ciclu al ciclului are loc în timpul rotației arborelui de ieșire cu 270 de grade. Aceasta înseamnă că un singur motor rotor furnizează putere la 3/4 rotații ale arborelui de ieșire. Într-un motor cu un singur cilindru cu piston, procesul de ardere are loc la 180 de grade la fiecare altă rotație, adică 1/4 din fiecare rotație a arborelui cotit (arborele de ieșire al motorului cu piston).

Muncă lentă

Probleme

• Producție sofisticată în conformitate cu standardele de compoziție a emisiilor.
• Costurile de producție ale motoarelor rotative sunt mai mari comparativ cu cele alternative, deoarece numărul motoarelor rotative produse este mai mic.
• Consumul de combustibil al mașinilor cu motoare rotative este mai mare în comparație cu motoarele cu piston, datorită faptului că eficiența termodinamică este redusă datorită volumului mare al camerei de ardere și a raportului de compresie scăzut.

Sistemul de distribuție a gazului este realizat datorită rotației cilindrului. Cilindrul face o mișcare de rotație trecând alternativ țevile de intrare și ieșire, în timp ce pistonul este reciproc.

Compania britanică RCV Engines a fost creată în 1997 special pentru a studia, testa și, în cele din urmă, comercializa doar o invenție. De fapt, este criptat în numele companiei: „Supapă cu cilindru rotativ” - RCV. Până în prezent, compania din Wimborne nu numai că a modificat tehnologia, dar a dovedit că noul concept funcționează. A stabilit deja producția în serie a unei linii de motoare mici în patru timpi cu un volum de lucru cuprins între 9,5 și 50 de „cuburi” destinate modelelor de avioane, mașinilor de tuns iarba, ferăstrăului manual și echipamentelor similare. Dar, la 1 februarie 2006, compania a prezentat primul eșantion al unui motor de 125 cmc pentru scutere, datorită căruia a oferit multor oameni o scuză pentru a se familiariza pentru prima dată cu această tehnologie puțin cunoscută - RCV.

Autorii invenției declară o reducere a costului principal al motoarelor (cu câteva procente) datorită unei reduceri a numărului de piese și a unei creșteri a densității puterii acestora atât pe unitate de volum, cât și pe unitate de greutate, în comparație cu analogii din aceeași clasă (cu 20 la sută).

Principiul de funcționare

Deci, avem un motor în patru timpi în care nu există supape obișnuite și întregul sistem al acționării lor. În schimb, britanicii au făcut ca cilindrul de lucru al motorului să funcționeze ca un distribuitor de gaz, care se rotește în jurul axei sale în motoarele RCV.

În acest caz, pistonul efectuează exact aceleași mișcări ca înainte. Dar pereții cilindrului se rotesc în jurul pistonului (cilindrul este fixat în interiorul motorului pe doi rulmenți).

O țeavă de ramificare este aranjată la marginea cilindrului, care se deschide alternativ la orificiul de intrare sau ieșire. Aici este prevăzută și o etanșare glisantă, care funcționează similar cu inelele pistonului - permite cilindrului să se extindă atunci când este încălzit fără a-și pierde etanșeitatea.

Lumânarea este centrată și se rotește odată cu cilindrul. Se pare că aici se folosește un contact glisant de grafit, care este bine cunoscut șoferilor de la vechii distribuitori de aprindere mecanică.

Doar trei trepte de viteză conduc cilindrul: unul pe cilindru, unul pe arborele cotit și unul intermediar. Bineînțeles, viteza de rotație a cilindrului este jumătate din viteza arborelui cotit.

Vezi si

Surse de

Scrieți o recenzie la articolul „Motor cu cilindru rotativ”

Un extras care caracterizează motorul cu cilindru rotativ

Odată cu invenția motorului cu ardere internă, progresul în dezvoltarea industriei auto a avansat. În ciuda faptului că structura generală a motorului cu ardere internă a rămas aceeași, aceste unități au fost îmbunătățite constant. Odată cu aceste motoare, au apărut unități de tip rotativ mai progresive. Dar de ce nu s-au răspândit în lumea automobilelor? Vom lua în considerare răspunsul la această întrebare în articol.

Istoria unității

Motorul rotativ a fost proiectat și testat de dezvoltatorii Felix Wankel și Walter Freude în 1957. Prima mașină pe care a fost instalată această unitate a fost mașina sport NSU Spider. Studiile au arătat că, cu o putere a motorului de 57 de cai putere, această mașină a reușit să accelereze la 150 de kilometri pe oră. Producția de mașini Spider echipate cu un motor rotativ de 57 de cai putere a durat aproximativ 3 ani.

După aceea, acest tip de motor a început să echipeze mașina NSU Ro-80. Ulterior, au fost instalate motoare rotative pe Citroens, Mercedes, VAZ și Chevrolets.

Una dintre cele mai comune mașini cu motor rotativ este modelul japonez Mazda Cosmo Sport. De asemenea, japonezii au început să echipeze modelul RX cu acest motor. Principiul de funcționare al motorului rotativ („Mazda” RX) a constat în rotația constantă a rotorului cu o modificare a ciclurilor de ceas. Dar mai multe despre asta mai târziu.

În prezent, producătorul japonez nu este implicat în producția de serie de mașini cu motoare rotative. Ultimul model pe care a fost instalat un astfel de motor a fost Mazda RX8 a modificării Spirit R. Cu toate acestea, în 2012, producția acestei versiuni a mașinii a fost întreruptă.

Dispozitivul și principiul de funcționare

Care este principiul de funcționare al unui motor rotativ? Acest tip de motor se distinge printr-un ciclu de acțiune în 4 timpi, ca la un motor clasic cu ardere internă. Cu toate acestea, principiul de funcționare al unui motor cu piston rotativ este ușor diferit de cel al motoarelor convenționale cu piston.

Care este principala caracteristică a acestui motor? Motorul rotativ Stirling are în proiectare nu 2, nu 4 sau nu 8 pistoane, ci doar unul. Se numește rotor. Acest element se rotește într-un cilindru de o formă specială. Rotorul este împins pe un arbore și conectat la o roată dințată. Acesta din urmă are un ambreiaj de transmisie cu demaror. Elementul se rotește de-a lungul curbei epitroide. Adică palele rotorului se suprapun alternativ cu camera cilindrului. În acesta din urmă, combustibilul este ars. Principiul de funcționare al unui motor rotativ (inclusiv Mazda Cosmo Sport) este că într-o singură revoluție mecanismul împinge trei petale de cercuri dure. Pe măsură ce piesa se rotește în carcasă, cele trei compartimente din interior își schimbă dimensiunea. Datorită schimbării dimensiunilor, se creează o anumită presiune în camere.

Faze de lucru

Cum funcționează un motor rotativ? Principiul de funcționare (imagini gif și diagrama RPD pe care îl puteți vedea mai jos) al acestui motor este după cum urmează. Funcționarea motorului constă în patru cicluri repetitive, și anume:

1. Alimentarea cu combustibil. Aceasta este prima fază de funcționare a motorului. Apare atunci când partea superioară a rotorului se află la nivelul găurii de alimentare. Când camera este deschisă către compartimentul principal, volumul său se apropie de minim. De îndată ce rotorul se rotește pe lângă el, amestecul combustibil-aer intră în compartiment. După aceea, camera devine închisă din nou.
2. Comprimare... Pe măsură ce rotorul continuă să se miște, spațiul din compartiment scade. Astfel, amestecul de aer și combustibil este comprimat. De îndată ce mecanismul trece de compartiment cu bujiile, volumul camerei scade din nou. În acest moment, amestecul se aprinde.
3. Inflamații... Adesea un motor rotativ (inclusiv VAZ-21018) are mai multe bujii. Acest lucru se datorează lungimii mari a camerei de ardere. De îndată ce lumânarea aprinde amestecul combustibil, nivelul de presiune din interior crește de zece ori. Astfel, rotorul este activat din nou. Mai mult, presiunea din cameră și cantitatea de gaze continuă să crească. În acest moment, rotorul se mișcă și se generează cuplul. Aceasta continuă până când mecanismul trece de compartimentul de evacuare.
4. Eliberarea de gaze. Când rotorul trece de acest compartiment, gazul de înaltă presiune începe să se deplaseze liber în conducta de evacuare. În acest caz, mișcarea mecanismului nu se oprește. Rotorul se rotește stabil până când volumul camerei de ardere scade din nou la minimum. În acest moment, cantitatea rămasă de gaze de eșapament va fi scoasă din motor.

Acesta este exact principiul de funcționare al unui motor rotativ. VAZ-2108, pe care a fost montat și RPD, ca și Mazda japoneză, s-a remarcat prin funcționarea liniștită a motorului și caracteristicile dinamice ridicate. Dar această modificare nu a fost niciodată pusă în producția de masă. Deci, am aflat ce principiul de funcționare are un motor rotativ.

Dezavantaje și beneficii

Nu este de mirare că acest motor a atras atenția atâtor producători de automobile. Principiul său special de funcționare și designul său au o serie de avantaje față de alte tipuri de motoare cu ardere internă.

Deci, care sunt avantajele și dezavantajele unui motor rotativ? Să începem cu beneficiile clare. În primul rând, motorul rotativ are cel mai echilibrat design și, prin urmare, practic nu provoacă vibrații ridicate în timpul funcționării. În al doilea rând, acest motor are o greutate mai mică și o compacitate mai mare și, prin urmare, instalarea sa este relevantă în special pentru producătorii de mașini sport. În plus, greutatea redusă a unității a făcut posibil ca proiectanții să realizeze o distribuție ideală a greutății de-a lungul axelor. Astfel, mașina cu acest motor devine mai stabilă și mai manevrabilă pe drum.

Și, desigur, spațiul designului. În ciuda aceluiași număr de curse, designul acestui motor este mult mai simplu decât cel al unui piston analog. Pentru a crea un motor rotativ, a fost necesar un număr minim de unități și mecanisme.

Cu toate acestea, atuul principal al acestui motor nu este în masă și vibrații reduse, ci în randament ridicat. Datorită principiului special de funcționare, motorul rotativ avea o putere și o eficiență ridicate.

Acum despre dezavantaje. S-au dovedit a fi mult mai mult decât avantaje. Principalul motiv pentru care producătorii au refuzat să cumpere astfel de motoare a fost consumul ridicat de combustibil. În medie, o astfel de unitate a cheltuit până la 20 de litri de combustibil la o sută de kilometri, iar acesta, vedeți, este un consum considerabil conform standardelor actuale.

Complexitatea producției de piese

În plus, merită remarcat costul ridicat al fabricării pieselor acestui motor, care a fost explicat prin complexitatea fabricării rotorului. Pentru ca acest mecanism să treacă corect curba epitrocoidală, este necesară o precizie geometrică ridicată (și pentru cilindru). Prin urmare, în fabricarea motoarelor rotative, este imposibil să se facă fără echipamente scumpe specializate și cunoștințe speciale în domeniul tehnic. În consecință, toate aceste costuri sunt incluse în prețul mașinii în avans.

Supraîncălzire și sarcini mari

De asemenea, datorită designului special, această unitate a fost adesea susceptibilă la supraîncălzire. Întreaga problemă era în forma lenticulară a camerei de ardere.

În schimb, ICE-urile clasice au un design sferic de cameră. Combustibilul care arde în mecanismul lenticular este transformat în energie termică, care este consumată nu numai pentru cursa de lucru, ci și pentru încălzirea cilindrului în sine. În cele din urmă, "fierberea" frecventă a unității duce la uzură rapidă și la defectare.

Resursă

Cilindrul nu este singurul care suportă sarcini grele. Studiile au arătat că, în timpul funcționării rotorului, o parte semnificativă a sarcinilor cade pe garniturile situate între duzele mecanismelor. Acestea sunt supuse unei căderi constante de presiune, prin urmare resursa maximă a motorului nu depășește 100-150 de mii de kilometri.

După aceea, motorul are nevoie de o revizie majoră, al cărei cost este uneori echivalent cu cumpărarea unei noi unități.

Consumul de ulei

De asemenea, motorul rotativ este foarte solicitant în ceea ce privește întreținerea.

Consumul său de ulei este mai mare de 500 de mililitri la 1.000 de kilometri, ceea ce îl obligă să umple lichid la fiecare 4-5 mii de kilometri. Dacă nu efectuați o înlocuire la timp, motorul va defecta pur și simplu. Adică, problema întreținerii unui motor rotativ trebuie abordată mai responsabil, altfel cea mai mică greșeală este plină de reparații costisitoare ale unității.

Soiuri

În prezent, există cinci varietăți ale acestor tipuri de agregate:

Motor rotativ (VAZ-21018-2108)

Istoria creării motoarelor rotative cu ardere internă VAZ datează din 1974. Atunci a fost creat primul birou de proiectare al RPD. Cu toate acestea, primul motor dezvoltat de inginerii noștri avea un design similar cu motorul Wankel, care era echipat cu sedanuri NSU Ro80 importate. Omologul sovietic a fost numit VAZ-311. Acesta este primul motor rotativ sovietic. Principiul de funcționare pe mașinile VAZ ale acestui motor are același algoritm pentru acțiunea Wankel RPD.

Prima mașină pe care au început să fie instalate aceste motoare a fost modificarea VAZ 21018. Mașina practic nu diferea de „strămoșul” său - modelul 2101 - cu excepția motorului cu ardere internă utilizat. Sub capota noutății se afla un RPD cu o singură secțiune, cu o capacitate de 70 de cai putere. Cu toate acestea, ca urmare a cercetărilor efectuate pe toate cele 50 de modele ale modelelor, s-au găsit numeroase defecțiuni ale motorului, care au forțat uzina Volzhsky să renunțe la utilizarea acestui tip de motor cu ardere internă pe mașinile sale în următorii câțiva ani.

Motivul principal al funcționării defectuoase a RPD intern a fost sigiliile nesigure. Cu toate acestea, designerii sovietici au decis să salveze acest proiect prezentând lumii un nou motor rotativ cu 2 secțiuni VAZ-411. Ulterior, a fost dezvoltat un motor cu ardere internă al mărcii VAZ-413. Principalele lor diferențe erau puterea. Primul exemplar a dezvoltat până la 120 de cai putere, al doilea - aproximativ 140. Cu toate acestea, aceste unități nu au fost incluse din nou în serie. Fabrica a decis să le instaleze numai pe vehiculele oficiale utilizate în poliția rutieră și KGB.

Motoare pentru aviație, „opt” și „nouă”

În anii următori, dezvoltatorii au încercat să creeze un motor rotativ pentru aeronavele domestice mici, dar toate încercările nu au avut succes. Drept urmare, proiectanții au început din nou să dezvolte motoare pentru autoturisme (acum cu tracțiune față) VAZ seria 8 și 9. Spre deosebire de predecesorii lor, noile motoare VAZ-414 și 415 erau universale și puteau fi utilizate pe roțile din spate. conduceți modele de mașini precum „Volga”, „Moskvich” etc.

Caracteristicile RPD VAZ-414

Pentru prima dată acest motor a apărut pe „nouă” abia în 1992. Comparativ cu „strămoșii” săi, acest motor avea următoarele avantaje:

• Densitate mare de putere, care a făcut posibil ca mașina să câștige o „sută” în doar 8-9 secunde.
• Eficiență mare. De la un litru de combustibil ars, a fost posibil să se ridice până la 110 cai putere (și acest lucru fără nici o forță și alezare suplimentară a blocului de cilindri).
• Potențial ridicat de impuls. Cu reglarea corectă, a fost posibilă creșterea puterii motorului cu câteva zeci de cai putere.
• Motor de mare viteză. Un astfel de motor era capabil să funcționeze chiar și la 10.000 rpm. Sub astfel de sarcini, doar un motor rotativ ar putea funcționa. Principiul de funcționare al motoarelor clasice cu ardere internă nu le permite să funcționeze mult timp la viteze mari.
• Consum relativ redus de combustibil. Dacă exemplarele anterioare „consumau” aproximativ 18-20 de litri de combustibil pentru o „sută”, atunci această unitate consuma doar 14-15 în modul mediu de funcționare.

Situația actuală cu RPD la uzina de automobile Volzhsky

Toate motoarele descrise mai sus nu au primit multă popularitate și, în curând, producția lor a fost restrânsă. În viitor, uzina de automobile Volzhsky nu intenționează să reînvie dezvoltarea motoarelor rotative. Deci RPD VAZ-414 va rămâne o bucată de hârtie mototolită în istoria ingineriei mecanice interne.

Deci, am aflat care este principiul de funcționare și dispozitivul care are un motor rotativ.