Totul despre motoarele rotative - tipuri și principiu de funcționare. Pe urmele lui Wankel: ascensiunea și căderea motoarelor rotative VAZ De ce motoarele rotative nu sunt atât de populare

Spre deosebire de modelele de piston mai obișnuite, motorul Wankel oferă avantajele simplității, fineței, compactității, turației mari și a unui raport mare putere-greutate. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că sunt produse trei impulsuri de putere la o rotație a rotorului Wankel, în comparație cu o rotație la un motor cu piston în doi timpi și una la două rotații la un motor în patru timpi.

RPD este denumit în mod obișnuit motor rotativ. Deși acest nume se aplică și altor modele, în special motoarelor de avioane cu cilindrii lor aflați în jurul arborelui cotit.

Un ciclu în patru etape de admisie, compresie, aprindere și evacuare are loc la fiecare rotație la fiecare dintre cele trei vârfuri de rotor care se deplasează în interiorul unei carcase perforate de formă ovală, care permite de trei ori mai multe impulsuri pe rotație a rotorului. Rotorul are o formă similară cu triunghiul Reulet, iar laturile sale sunt mai plate.

Caracteristicile de design ale motorului Wankel

Forma teoretică a rotorului Wankel RPD între unghiuri fixe este rezultatul unei scăderi a volumului camerei geometrice de ardere și al creșterii raportului de compresie. Curba simetrică care conectează două vârfuri arbitrare ale rotorului este maximă în direcția formei interioare a corpului.

Un arbore central de antrenare, numit „excentric” sau „arbore E”, trece prin centrul rotorului și este susținut de rulmenți staționari. Rolele se deplasează pe excentrice (asemănătoare bielelor) încorporate în arborele excentric (asemănătoare arborelui cotit). Rotoarele se rotesc în jurul excentricilor și fac rotații orbitale în jurul arborelui excentric.

Mișcarea de rotație a fiecărui rotor pe propria sa axă este cauzată și controlată de o pereche de angrenaje sincronizate. Un angrenaj fix, montat pe o parte a carcasei rotorului, se potrivește într-un angrenaj inel atașat rotorului și asigură că rotorul se mișcă exact 1/3 de tură pentru fiecare rotație a arborelui excentric. Puterea de ieșire a motorului nu este transmisă prin sincronizatoare. Forța presiunii gazului asupra rotorului (ca primă aproximare) merge direct în centrul părții excentrice a arborelui de ieșire.

Wankel RPD este de fapt un sistem de cavități progresive de volum variabil. Astfel, pe corp există trei cavități, toate repetând același ciclu. Pe măsură ce rotorul se rotește orbital, fiecare parte a rotorului se apropie și apoi se îndepărtează de peretele carcasei, comprimând și extinzând camera de ardere, similar cursei unui piston dintr-un motor. Vectorul de putere al etapei de ardere trece prin centrul lamei deplasate.

Motoarele Wankel sunt, în general, capabile de turații mult mai mari decât cele cu puteri similare. Acest lucru se datorează netezirii inerente a mișcării circulare și absenței părților foarte solicitate, cum ar fi arborii cotit și arborii cu came sau bielele. Arborii excentrici nu au arbori cotiți orientați la stres.

Probleme și soluții ale dispozitivului

Felix Wankel a reușit să depășească majoritatea problemelor care au cauzat defectarea dispozitivelor rotative anterioare:

1. RPM-urile rotative au o problemă care nu se găsește la unitățile cu piston în patru timpi, în care carcasa blocului are gaze de admisie, compresie, ardere și evacuare care curg în locuri fixe din jurul carcasei. Utilizarea conductelor de căldură în motorul rotativ Wankel răcit cu aer a fost propusă de Universitatea din Florida pentru a depăși încălzirea neuniformă a blocului de carcasă. Preîncălzirea unora dintre secțiunile carenei cu gaze de eșapament a îmbunătățit performanța și economia de combustibil, precum și uzura și emisiile reduse.
2. Probleme au apărut și în timpul cercetărilor în anii 50 și 60. De ceva timp, inginerii s-au confruntat cu ceea ce au numit „zgârietura diavolului” pe suprafața interioară a epitrohoidului. Ei au descoperit că etanșările punctiforme care ating vibrațiile rezonante au fost cauza. Această problemă a fost rezolvată prin reducerea grosimii și greutății etanșărilor mecanice. Zgârieturile au dispărut odată cu introducerea unor materiale de etanșare și acoperire mai compatibile.
3. O altă problemă timpurie a fost formarea de fisuri pe suprafața statorului lângă orificiul bujiei, care a fost remediată prin instalarea bujiilor într-o inserție metalică separată, o bucșă de cupru în carcasă în loc de o bujie înșurubată direct în carcasa blocului.
4. Unitățile cu piston în patru timpi nu sunt foarte potrivite pentru utilizarea cu hidrogen. O altă problemă este asociată cu hidratarea filmului de lubrifiere din structurile pistonului. Într-un Wankel ICE, această problemă poate fi ocolită prin utilizarea unei etanșări mecanice ceramice pe aceeași suprafață, astfel încât să nu existe peliculă de ulei care să sufere de hidratare. Chiuveta pistonului trebuie lubrifiată și răcită cu ulei. Acest lucru crește semnificativ consumul de ulei de lubrifiere într-un motor cu ardere internă pe hidrogen în patru timpi.

Materiale pentru fabricarea motoarelor cu ardere internă

Spre deosebire de unitatea cu piston, în care cilindrul este încălzit prin ardere și apoi răcit de sarcina de intrare, corpurile rotorului Wankel sunt încălzite constant pe o parte și răcite pe cealaltă, rezultând temperaturi locale ridicate și dilatare termică inegală. În timp ce acest lucru impune cerințe mari pentru materialele utilizate, simplitatea lui Wankel face mai ușoară fabricarea de substanțe precum aliajele exotice și ceramica.

Printre aliajele destinate utilizării în Wankel se numără A-132, Inconel 625 și 356 cu o duritate de T6. Pentru a acoperi suprafața de lucru a carcasei sunt folosite mai multe materiale de înaltă rezistență. Pentru arbore se preferă aliajele de oțel cu deformare redusă sub sarcină; pentru aceasta s-a propus utilizarea oțelului masiv.

Avantajele motorului

Principalele avantaje ale Wankel RPD sunt:

1. Raport putere-greutate mai mare decât un motor cu piston.
2. Mai ușor de încadrat în spații mici ale mașinilor decât propulsia echivalentă.
3. Fara piese de piston.
4. Capacitatea de a atinge turații mai mari decât un motor convențional.
5. Funcționare practic fără vibrații.
6. Nu este supus șocului motorului.
7. Mai ieftin de fabricat deoarece motorul conține mai puține piese
8. Gamă largă de viteze pentru o mare adaptabilitate.
9. Poate folosi combustibili cu un octan mai mare.

Un Wankel ICE este semnificativ mai ușor și mai simplu, cu mult mai puține piese în mișcare, decât motoarele alternative cu putere echivalentă. Deoarece rotorul se deplasează direct pe un rulment mare pe arborele de ieșire, nu există biele și arborele cotit. Eliminarea forței de alternativă și a pieselor cele mai greu încărcate și distructibile asigură fiabilitatea ridicată a Wankel-ului.

Pe lângă eliminarea tensiunilor interne alternative în timp ce îndepărtează complet piesele interne alternative încorporate într-un motor alternativ, motorul Wankel este realizat cu un rotor de fier într-o carcasă de aluminiu care are un coeficient de dilatare termică mai mare. Acest lucru asigură că nici o unitate Wankel foarte supraîncălzită nu poate „prinde”, așa cum se poate întâmpla într-un dispozitiv similar cu piston. Acesta este un beneficiu semnificativ de siguranță pentru utilizarea aeronavei. În plus, absența supapelor crește siguranța.

Un avantaj suplimentar al Wankel RPD pentru utilizare în aeronave este că are de obicei o zonă frontală mai mică decât unitățile de piston de putere echivalentă, ceea ce permite un con mai aerodinamic în jurul motorului. Avantajul cascadă este că dimensiunea și greutatea mai mici ale Wankel ICE permit economii la costurile de construcție a aeronavelor în comparație cu motoarele cu piston de putere comparabilă.

ICE-urile cu piston rotativ Wankel care funcționează în conformitate cu parametrii lor originali de proiectare aproape că nu sunt supuse unor defecțiuni catastrofale. Un RPD Wankel care pierde din compresie, sau răcire sau presiunea uleiului, va pierde o cantitate mare, dar va produce totuși ceva putere, permițând o aterizare mai sigură atunci când este utilizat în aeronave. Ansamblurile de pistoane în aceleași circumstanțe sunt predispuse la confiscarea sau distrugerea pieselor, ceea ce va duce aproape sigur la o defecțiune catastrofală a motorului și la pierderea instantanee a puterii.

Din acest motiv, motoarele cu piston rotativ Wankel sunt foarte potrivite pentru snowmobile, care sunt adesea folosite în locații îndepărtate, unde defecțiunea motorului poate duce la degerături sau moarte, precum și în aeronave unde o defecțiune bruscă poate duce la un accident sau aterizare forțată. în locații îndepărtate.

Defecte de construcție

În timp ce multe dintre deficiențe fac obiectul cercetărilor în curs, deficiențele actuale de fabricație ale dispozitivului Wankel sunt următoarele:

1. Garnitura rotorului. Aceasta este încă o problemă minoră, deoarece carcasa motorului are temperaturi foarte diferite în fiecare secțiune individuală a camerei. Coeficienții diferiți de dilatare a materialelor conduc la etanșarea imperfectă. În plus, ambele părți ale garniturii sunt expuse combustibilului, iar designul nu permite controlul precis al lubrifierii rotoarelor. Unitățile rotative sunt în general lubrifiate la toate turațiile și sarcinile motorului și au un consum relativ mare de ulei și alte probleme care rezultă din excesul de lubrifiere în zonele de ardere a motorului, cum ar fi acumularea de carbon și emisiile excesive de la arderea uleiului.
2. Pentru a depăși problema diferențelor de temperatură dintre diferitele zone ale carcasei și plăcile laterale și intermediare, precum și expansiunea neechilibră asociată a temperaturii, se folosește o conductă de căldură pentru a transporta gazul încălzit din partea caldă la cea rece a motorului. . Conductele de căldură direcționează eficient gazele fierbinți de eșapament către părțile mai reci ale motorului, rezultând o eficiență și performanță reduse.
3. Ardere lenta. Arderea combustibilului este lentă, deoarece camera de ardere este lungă, subțire și în mișcare. Mișcarea flăcării are loc aproape exclusiv în direcția de mișcare a rotorului și se termină cu stingerea, care este principala sursă de hidrocarburi nearse la viteze mari. Partea din spate a camerei de ardere creează în mod natural un „flux comprimat” care împiedică flacăra să ajungă la marginea de fugă a camerei. Injectarea de combustibil pe marginea anterioară a camerei de ardere poate minimiza cantitatea de combustibil nears din evacuare.
4. Economie slabă de combustibil. Acest lucru se datorează scurgerilor de etanșare și formei camerei de ardere. Acest lucru are ca rezultat o ardere slabă și o presiune medie efectivă la sarcină parțială, turații reduse. Cerințele privind emisiile necesită uneori un raport combustibil-aer care nu este propice unei economii bune de combustibil. Accelerația și decelerația în condiții medii de conducere afectează, de asemenea, economia de combustibil. Cu toate acestea, funcționarea motorului la o turație și o sarcină constante elimină consumul excesiv de combustibil.

Astfel, acest tip de motor are propriile sale dezavantaje și avantaje.

Ideea unui motor rotativ este prea tentantă: atunci când un concurent este departe de a fi ideal, se pare că suntem pe cale să depășim deficiențele și să obținem nu motorul, ci perfecțiunea în sine... Mazda a fost în captivitatea acestor iluzii chiar până în 2012, când ultimul model cu motor rotativ - RX-8.

Istoria creării unui motor rotativ

Al doilea nume al motorului rotativ (RPD) este wankel (un fel de analog al unui motor diesel). Felix Wankel este cel care astăzi este creditat cu laurii inventatorului motorului cu piston rotativ și se spune chiar și o poveste emoționantă despre modul în care Wankel a mers la obiectivul său în același timp când Hitler mergea la a lui.

De fapt, totul a fost puțin diferit: un inginer talentat, Felix Wankel a lucrat cu adevărat la dezvoltarea unui motor nou, simplu cu ardere internă, dar acesta era un motor diferit bazat pe rotația comună a rotoarelor.

După război, Wankel a fost recrutat de firma germană NSU, care se ocupa în principal de producția de motociclete, într-unul dintre grupurile de lucru care lucra la crearea unui motor rotativ sub conducerea lui Walter Freude.

Contribuția lui Wankel este cercetările sale extinse asupra etanșărilor supapelor rotative. Designul de bază și conceptul de inginerie sunt de la Freude. Deși Wankel avea un brevet pentru dublă rotație.

Primul motor avea o cameră rotativă și un rotor staționar. Inconvenientul designului a sugerat ca schema să fie inversată.

Primul motor cu rotor rotativ a început să funcționeze la mijlocul anului 1958. Se deosebea puțin de descendentul său din zilele noastre - cu excepția faptului că lumânările trebuiau transferate pe corp.

Curând firma a anunțat că a reușit să creeze un motor nou și foarte promițător. Aproape o sută de companii implicate în producția de mașini au achiziționat licențe pentru producerea acestui motor. O treime din licențe au ajuns în Japonia.

RPD în URSS

Dar Uniunea Sovietică nu a cumpărat deloc o licență. Dezvoltarea propriului motor rotativ a început cu faptul că mașina germană Ro-80 a fost adusă în Uniune și dezmembrată, a cărei producție NSU a început în 1967.

La șapte ani după aceea, la uzina VAZ a apărut un birou de proiectare, care dezvoltă exclusiv motoare cu piston rotativ. Prin munca sa din 1976, a apărut motorul VAZ-311. Dar prima clătită s-a dovedit a fi cocoloase și a fost finalizată pentru încă șase ani.

Prima mașină de producție sovietică cu motor rotativ este VAZ-21018, prezentată în 1982. Din păcate, deja în lotul experimental, motoarele tuturor mașinilor erau nefuncționale. Se finalizau încă un an, după care au apărut VAZ-411 și VAZ 413, care au fost adoptate de departamentele de putere ale URSS. Acolo nu erau deosebit de îngrijorați de consumul de combustibil și de o resursă mică de motor, dar aveau nevoie de mașini rapide, puternice, dar discrete, care să țină pasul cu o mașină străină.

RPD în Occident

Motorul rotativ nu a crescut în Occident, iar criza combustibilului din 1973 a pus capăt dezvoltării sale în Statele Unite și Europa, când prețurile la gaz au crescut și cumpărătorii de mașini au început să ceară prețul modelelor eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil.

Având în vedere că motorul rotativ consuma până la 20 de litri de benzină la suta de kilometri, vânzările sale în timpul crizei au scăzut la limită.

Singura țară din Est care nu și-a pierdut credința a fost Japonia. Dar chiar și acolo, producătorii s-au răcit rapid la motor, care nu a vrut să se îmbunătățească în niciun fel. Și până la urmă a mai rămas un singur soldat de tablă statornic - Mazda. În URSS, criza combustibilului nu s-a simțit. Producția de vehicule cu RPD a continuat după prăbușirea Uniunii Sovietice. VAZ a încetat să mai facă RPD abia în 2004. Mazda s-a împăcat abia în 2012.

Caracteristicile motorului rotativ

Designul se bazează pe un rotor triunghiular, fiecare dintre fețele căruia are o convexitate (). Rotorul se rotește într-o manieră planetară în jurul axei centrale - statorul. În acest caz, vârfurile triunghiului descriu o curbă complexă numită epitrohoid. Forma acestei curbe determină forma capsulei în interiorul căreia se rotește rotorul.

Motorul rotativ are aceleași cicluri de patru timpi ca și concurentul său, motorul cu piston.

Camerele sunt formate între părțile laterale ale rotorului și pereții capsulei, forma lor este semilună variabilă, ceea ce este motivul unor defecte semnificative de proiectare. Pentru a izola camerele unele de altele, se folosesc etanșări - plăci radiale și de capăt.

Dacă comparăm un motor rotativ cu ardere internă cu unul cu piston, atunci primul lucru care lovește ochiul este că într-o singură rotație a rotorului, cursa de lucru are loc de trei ori, iar arborele de ieșire se rotește de trei ori mai repede decât rotorul însuși.

Avea RPD lipsește sistemul de distribuție a gazelor, ceea ce îi simplifică foarte mult designul. Și densitate mare de putere cu o dimensiune și greutate reduse a unității sunt din cauza lipsei arborelui cotit, manivela și alți parteneri de la cameră la cameră.

Avantajele și dezavantajele motoarelor rotative

Avantaje

Lucrul bun despre un motor rotativ este că constă din mult mai puține părți decât concurentul său - cu 35-40 la sută.

Două motoare de aceeași putere - rotativ și piston - vor diferi foarte mult ca dimensiuni. Pistonul este de două ori mai mare.

Motor rotativ nu suferă mult stres la viteze mari chiar dacă accelerezi mașina la o viteză mai mare de 100 km/h în treapta joasă.

O mașină cu motor rotativ este mai ușor de echilibrat, ceea ce oferă o stabilitate sporită a mașinii pe drum.

Chiar și cele mai ușoare vehicule nu sunt afectate de vibrații deoarece RPD vibrează mult mai puțin decât „pistonul”... Acest lucru se datorează RAP mai echilibrat.

dezavantaje

Șoferii l-ar numi principalul dezavantaj al unui motor rotativ resursă mică care este o consecință directă a proiectării sale. Garniturile se uzează extrem de rapid, deoarece unghiul lor de lucru este în continuă schimbare.


Experiențe motorii diferențe de temperatură fiecare ciclu, care contribuie și la uzura materialului. Adăugați la aceasta presiunea exercitată asupra suprafețelor de frecare, care poate fi tratată doar prin injectarea uleiului direct în colector.

Uzura sigiliilor provoacă scurgeri între camere, diferențele de presiune între care sunt prea mari. Din această cauză, eficiența motorului scade, iar daunele aduse mediului crește.

Semilună forma camerelor nu contribuie la completitudinea arderii combustibilului, iar viteza de rotație a rotorului și lungimea scurtă a cursei de lucru sunt motivul pentru împingerea gazelor încă prea fierbinți, nu complet arse la evacuare. Pe lângă produsele de ardere a benzinei, uleiul este prezent acolo, ceea ce împreună face evacuarea foarte toxică. Alternativ - mai puțin nociv pentru mediu.

Poftele excesive Motorul pentru benzină a fost deja menționat și „mâncă” ulei până la 1 litru la 1000 km. Și odată ce ai uitat de ulei și te poți apuca de reparații majore, dacă nu înlocuind motorul.

Preț mare- datorită faptului că pentru fabricarea unui motor sunt necesare echipamente de înaltă precizie și materiale de foarte înaltă calitate.

După cum puteți vedea, motorul rotativ are o mulțime de neajunsuri, dar și motorul cu piston este imperfect, așa că competiția dintre ei nu s-a oprit atât de mult timp. S-a terminat pentru totdeauna? Timpul se va arăta.

Vă vom spune cum funcționează și funcționează motorul rotativ

Triunghiurile Reuleaux rotative de la Mazda revin în masă, dar evident sub un alt sos...

În luna martie, Martin ten Brink, vicepreședintele de vânzări și service clienți al Mazda Motor Europe, a activat pasionații din întreaga lume cu simplul anunț că motorul rotativ Wankel va reveni la producție.

În special, ten Brink a spus că un motor rotativ cu combustie internă ar putea fi un element pentru extinderea gamei de mișcare a unei mașini electrice din anul model 2019, dar la acel moment era doar un zvon. „Mazda nu a anunțat niciun produs specific in timp ce. Cu toate acestea, Mazda rămâne angajată să lucreze la tehnologia motoarelor rotative.”, - a speculat cu privire la comentariul vicepreședintelui Mazda la Mazda Motor of America.

Deci, ce este atât de special la acest motor legendar care a încântat pe toată lumea cu revenirea sa? Și de ce ar putea fi altfel lucrurile de data aceasta?

Cum lucrează

Elementele sistemului motor

Click pentru a mari

Motorul rotativ cu ardere internă are forma unui butoi. Pe el și în el nu veți găsi multe dintre componentele cu care sunteți obișnuiți într-un motor cu piston standard. În primul rând, nu are pistoane care să urce și să coboare. În schimb, un piston triunghiular neobișnuit cu margini rotunjite (triunghiul Reuleaux) efectuează o muncă utilă. Numărul lor poate varia de la unul la trei într-un motor, dar cel mai adesea se utilizează o schemă cu două pistoane care se rotesc în jurul arborelui prin intermediul unei părți centrale goale excentric.

Combustibilul și aerul sunt forțate în spațiul dintre părțile laterale ale rotoarelor și pereții interiori ai cutiei, unde amestecul este aprins. Expansiunea rapidă, explozivă a gazelor învârte rotorul, care generează astfel putere. Rotoarele îndeplinesc aceeași sarcină ca și pistoanele dintr-un motor cu piston, dar cu mult mai puține părți mobile, ceea ce îl face mai ușor și mai compact decât un motor cu piston cu cilindree echivalentă.

Cu carburatorul / admisia în partea stângă jos a imaginii, sursa de aprindere în dreapta și evacuarea în dreapta sus, se poate desena o diagramă vizuală care arată funcționarea pornind de la intrarea amestecului combustibil-aer:

Apoi rotorul rotește arborele excentric și crește presiunea în camera de ardere:

Sursa de aprindere (sau două lumânări, așa cum este cazul multor motoare Wankel) pornește procesul de aprindere:

Această ardere a combustibilului și a aerului învârte rotorul în timpul cursei de lucru:

În cele din urmă, motorul scuipă iar resturile de combustibil nearse spre exterior:

Puțini oameni știu, dar motorul rotativ a fost inventat inițial acum aproape 100 de ani, și nu în anii 50 ai secolului XX. Inițial, principiul de funcționare al motorului a fost dezvoltat de Felix Wankel, un inginer german care și-a inventat propriul principiu de funcționare a unui motor cu ardere internă.

Avantajul # 1: Un motor rotativ este mai ușor și mai compact decât un motor cu piston convențional

Războiul, care a ridicat unii ingineri, de exemplu Ferdinand Porsche, nu le-a dat altora nicio oportunitate de a se dezvolta. Motoarele Wankel pașnice nu erau necesare în vremuri periculoase, așa că inventatorul a trebuit să aștepte până în 1951, când a primit o invitație de la producătorul auto NSU pentru a dezvolta un prototip. Compania germană a decis să folosească un truc pentru a afla dacă motorul original era atât de bun, oferind în același timp posibilitatea de a demonstra puterea unui alt inginer - Hanns Dieter Paschke.

Designul complex al lui Wankel a pierdut de fapt în fața prototipului simplu dezvoltat de inginerul Hanns Dieter Paschke, care pur și simplu a eliminat tot ce nu era necesar din designul original, făcând producția sa viabilă din punct de vedere economic.

Așadar, în Germania, a fost inventat și testat un nou motor Mazda, care timp de multe decenii a fost unul dintre puținele motoare în serie cu piston rotativ și singurul din secolul XXI.

Motorul Wankel modern nu este chiar un motor Wankel.

Da, baza motorului rotativ de la Wankel a devenit cel mai de succes design al acestui motor din lume și singurul care a reușit să ajungă la producția de masă în moduri dificile.

La începutul anilor 1960, NSU și Mazda au avut o competiție comună amicală pentru producția și vânzarea primei mașini cu motor Wankel, în timp ce lucrau la un produs brut, încercând să creeze un produs de calitate din acesta.

NSU a devenit primul de pe piață în 1964. Dar compania germană a avut ghinion: și-a distrus reputația în următorul deceniu cu o calitate inadecvată a produsului. Defecțiunile frecvente ale motorului i-au trimis pe proprietari la dealer și la magazin pentru piese din nou și din nou. În curând nu a fost neobișnuit să găsim modele NSU Spider sau Ro 80, în care au fost schimbate trei sau mai multe motoare rotative Wankel.

Problema au fost garniturile superioare ale rotorului - benzi subțiri de metal între vârfurile rotorului rotativ și corpurile rotorului. NSU le-a făcut în trei straturi, ceea ce a cauzat uzura neuniformă. A fost o bombă cu ceas nu numai pentru mașinile companiei, ci și pentru producătorul auto în sine. Mazda a rezolvat problema etanșării (un element extrem de important al motorului, fără de care pur și simplu nu ar putea funcționa din cauza lipsei de presiune) făcându-le cu un singur strat. Unitatea de putere a început să fie instalată în 1967 pe modelele sportive de lux Cosmo...

La începutul anilor '70, Mazda a introdus o întreagă linie de mașini cu motor Wankel - un vis care a fost spulberat de criza petrolului din 1973. A trebuit să-mi strâng pofta de mâncare și să las motorul acolo unde era cel mai necesar - în coupe-ul sport ușor Mazda RX-7. Din 1978 până în 2002, peste 800 de mii dintre aceste mașini sport legendare au fost produse cu un motor neobișnuit care nu mai avea analogi.

Din Germania în Japonia, din Japonia în URSS - aceasta este calea motorului dezvoltat în anii 1920. secol de Wankel

Iubire si ura

Fanii tehnologiei iubesc motoarele rotative pentru că sunt diferite. Mulți pasionați de mașini, cunoscători în tehnologie, au avut o anumită slăbiciune pentru un motor atât de ciudat, care funcționează cu combustibil obișnuit, dar, în același timp, nu arată ca un set standard de pistoane, supape și alte părți integrante ale unui motor cu piston convențional.

În funcție de specificul motorului, rotorul furnizează putere liniar până la 7.000-8.000 rpm - neîntrerupt, practic la același nivel de cuplu. Acest raft plat de cuplu este ceea ce îl deosebește de marea majoritate a motoarelor cu ardere internă cu piston, în care există multă putere la turații mari și lipsa acesteia la cele mici.

De asemenea, producătorilor de automobile le-a plăcut motorul rotativ pentru funcționarea sa lină. Rotoarele, care se rotesc în jurul axei centrale, nu creează nicio vibrație în comparație cu motoarele cu piston, în care punctele superioare și inferioare ale cursei pistonului sunt clar vizibile chiar și în interiorul mașinii.

Dar motorul neobișnuit este ca un cal neîntrerupt, un animal captivant, prin urmare, spre deosebire de adoratorii ideii lui Wankel, conceptul inspiră și partea sa de ură în rândul fanilor de mașini și a mecanicilor. Și, s-ar părea, de ce?

La urma urmei, motorul are un design simplu: nu, fără arbore cu came, fără sistem de supape obișnuit. Dar simplitatea vine la prețul unei precizii ridicate în producția de piese. Acestea trebuie să fie fabricate impecabil, ceea ce le crește semnificativ costul în comparație cu piesele de schimb pentru motoarele cu piston convenționale. În al doilea rând, există puține dintre aceste piese de schimb în natură. Și în al treilea rând, aproape că nu există specialiști în lume care să se angajeze în repararea motoarelor rotative. La Moscova, spun ei, există un cuplu, dar coada pentru ei este cu un an înainte.

Dintre minusuri, puteți numi și un fel de lucru al unei unități de putere rotative. Designul implică arderea uleiului în cilindrii motorului, unde cantități mici de ulei de motor sunt pompate direct în camerele de ardere. Acest lucru se face pentru a lubrifia zonele adiacente ale rotoarelor care se rotesc cu o viteză vertiginoasă. Fumul albăstrui care iese uneori din țeava de eșapament este un semn de necaz, sperie oamenii necunoscători de la modele precum RX-7 sau 8.

Motoarele rotative preferă, de asemenea, uleiurile minerale față de cele sintetice, iar designul lor înseamnă că trebuie să adăugați din când în când ulei în această unitate nesățioasă pentru a nu se epuiza.

În cele din urmă, acele etanșări superioare ale rotorului pe care NSU nu a reușit să le facă încă nu sunt suficient de durabile. La fiecare 130-160 de mii de km, motorul are nevoie de o revizie majoră. Și această plăcere, după cum știți deja, este scumpă. Și ce înseamnă 130.000 km? Cinci până la șase ani de funcționare? Nu va fi suficient!

Șoferii moderni sunt, de asemenea, cei mai sensibili la alte dezavantaje ale motoarelor rotative: emisii mari de substanțe nocive în atmosferă (care, mai degrabă, sunt preocupate de Greenpeace) și economia de combustibil datorită tendinței motorului de a nu arde complet amestecul combustibil-aer. înainte de a-l trimite acasă (aici, desigur, lovitura este dată în buzunarul proprietarului mașinii). Da, motoarele rotative au un apetit excelent.

Pentru RX-8, a rezolvat parțial aceste probleme prin plasarea orificiilor de ventilație pe părțile laterale ale camerelor de ardere. Dar acum lupta pentru mediu s-a intensificat și îmbunătățirile propuse nu au fost suficiente. Acesta a fost un alt motiv pentru care RX-8 a fost ultima mașină cu un motor Wankel sub capotă. A fost în vânzare timp de 10 ani, din 2002 până în 2012, dar mediul l-a ucis.

E timpul să te întorci din nou

Revenind la zvonurile Mazda că compania ar putea folosi un fel de motor rotativ ca „extensor de autonomie” pentru viitoarea sa mașină electrică. Chestia asta ar avea sens.

În 2012, Mazda a închiriat 100 de vehicule electrice Demio în Japonia, erau bune, dar încordau o autonomie mică la o singură încărcare - mai puțin de 200 km.

După examinarea cazului, în 2013, Mazda a creat un prototip care a primit un mic motor rotativ, același extintor de gamă care aproape a dublat această gamă. Modelul a fost numit „Mazda2 RE Range Extender”.

Roțile prototipului erau antrenate de un motor electric, iar un motor rotativ de 0,33 litri și 38 de cai putere funcționa pentru a reîncărca bateriile motorului electric dacă acestea se descărcau și nu era loc de reîncărcare în apropiere.

Deoarece un motor rotativ nu putea trimite putere la roți, Mazda2 RE nu era un hibrid ca Volt sau Prius. Mai degrabă, grupul motopropulsor Wankel a fost un generator la bord care a adăugat energie bateriilor.

Industria auto este în continuă evoluție. Nu este surprinzător că apar tehnologii alternative, care, totuși, apar rar în producția de masă. Motoarele rotative pot fi clasate ca atare.

Important! Un impuls rapid în dezvoltarea industriei auto a fost dat de inventarea motorului cu ardere internă. Drept urmare, mașinile au început să funcționeze cu combustibil lichid și a început epoca benzinei.

Mașini cu motor rotativ

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

Cert este că un duo de ingineri a lucrat la acest proiect. Dar rolul principal în crearea dispozitivului i-a aparținut lui Freude. În timp ce lucra la tehnologia rotativă, Wankel lucra la un alt proiect care s-a terminat în nimic.

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

„Pianjenul” cu motor rotativ a fost produs din 1964 până în 1967. Dar nu s-a răspândit niciodată. Cu toate acestea, producătorii auto 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.

Atenție la titlu. Acesta 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 în acel moment și a început să producă mașini folosind această tehnologie.

Prima semnă 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 putere triplă. Rezultatul muncii lor a fost o serie care este amintită cu uimire de toți concurenții stradali 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 a nu spune nimic. Milioane de fani ai curselor stradale au început cu ea. La un preț relativ mic, avea caracteristici tehnice incredibile:

• accelerație 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 doar 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 istoria motorului rotativ în producția de masă poate fi considerată completă.

Principiul de funcționare

Mulți experți în domeniul auto 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, indiferent dacă 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 cu frecvența dorită. Ca rezultat, energia este transferată la ambreiaj. Rotorul îl împinge afară, transferându-l pe roți.

Rotorul are formă triunghiulară. Materialul de construcție este oțel 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,
• evacuarea materiilor prime reziduale.

Caracteristica principală a dispozitivului motor rotativ este că rotorul are un model de mișcare foarte neobișnuit. Rezultatul unei astfel de soluții de proiectare este trei celule complet izolate una de cealaltă.

Atenţie! În fiecare celulă are loc un anumit proces.

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

Combustibilul uzat 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 secretul principal al dispozitivului constă în ceva complet diferit. Cert 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 modernizeze 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 design, atunci decalajul va fi chiar colosal - 12 cilindri.

Tipuri de motoare rotative

Multe companii auto au preluat producția de motoare rotative. Deloc surprinzător, au fost făcute multe modificări, fiecare având propriile caracteristici:

1. Motor rotativ cu mișcare multidirecțională. Rotorul nu se rotește aici, ci mai degrabă se balansează în jurul axei sale. Procesul de compresie are loc între paletele motorului.
2. Motor cu rotor rotativ pulsat. Există două rotoare în interiorul corpului. Compresia are loc 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 în motoarele pneumatice. Pentru motoarele rotative cu ardere internă, camera în care are loc aprinderea este modificată semnificativ.
4. Motor rotativ acționat prin mișcări rotative. Se crede că acest design special este cel mai avansat din punct de vedere tehnic. Nu există piese alternative aici. 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 pe loc, un număr considerabil de tipuri de motoare rotative ne va permite să sperăm la dezvoltarea ulterioară a tehnologiei în viitorul îndepărtat.

Avantajele și dezavantajele unui motor rotativ

După cum puteți vedea, motoarele rotative se bucurau de o anumită popularitate la acea vreme. 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 cunoașteți toate avantajele și dezavantajele sale.

Demnitate

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

1. Compactitate crescută a designului.
2. Greutate ușoară.
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 viteze mari, 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 mai instaleze motoare rotative pe mașinile lor. Dezavantajele RPD includ:

1. Consum crescut de combustibil atunci când funcționează la turații mici. În cele mai solicitante mașini de resurse, poate ajunge la 20-25 de litri la 100 de kilometri.
2. Dificultate în fabricație. 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 piese trebuie să fie la nivelul ideal, altfel rotorul nu va putea trece de curba epitrochoidală cu rezultatul potrivit. RPD necesită echipamente de înaltă precizie pentru fabricarea sa, care costă foarte mulți bani.
3. Motorul rotativ se supraîncălzi 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 în intervalul de la 100 la 150 de mii de kilometri. După depășirea acestei etape, revizia nu mai este posibilă.
5. Procedura complicata de schimbare a uleiului. Consumul de ulei al unui motor rotativ la 1000 de kilometri este de 600 de mililitri. Pentru ca piesele să primească o lubrifiere adecvată, uleiul trebuie schimbat o dată la 5000 km. Dacă acest lucru nu se face, atunci devine extrem de probabil o deteriorare 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 design ale firmelor auto de top 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 asigură o viteză de până la 100 km în 4-7 secunde. Dar motoarele rotative au și dezavantaje, dintre care principalul este o durată de viață scurtă.

De obicei, „inima” mașinii este un sistem cilindru-piston, adică bazat pe mișcare alternativă, dar există o altă opțiune - mașini cu motor rotativ.

Mașini cu motor rotativ - principala diferență

Principala dificultate în funcționarea unui motor cu ardere internă cu cilindri clasici este conversia mișcării alternative a pistoanelor în cuplu, fără de care roțile nu se vor roti. De aceea, din momentul în care a fost creat primul, oamenii de știință și mecanicii autodidacți s-au nedumerit cum să facă un motor cu unități exclusiv rotative. Tehnicianul german pepite Wankel a reușit acest lucru.

Primele schițe au fost elaborate de el în 1927, după absolvirea liceului. Ulterior, mecanicul a cumpărat un mic atelier și s-a apucat de ideea lui. Rezultatul multor ani de muncă a fost un model funcțional al unui motor rotativ cu ardere internă, creat împreună cu inginerul Walter Freude. Mecanismul s-a dovedit a fi similar cu un motor electric, adică se baza pe un arbore cu un rotor triunghiular, foarte asemănător cu triunghiul lui Reuleaux, care era închis într-o cameră de formă ovală. Colțurile se sprijină pe pereți, creând un contact mobil etanș cu ei.

Cavitatea statorului (carcasa) este împărțită de miez în numărul de camere corespunzător numărului de laturi ale acestuia și, într-o rotație a rotorului, se elaborează următoarele: injecție de combustibil, aprindere, emisie de gaze de eșapament. De fapt, există, desigur, 5, dar două intermediare, compresia combustibilului și expansiunea gazului, pot fi ignorate. Într-un ciclu complet apar 3 rotații ale arborelui, iar dacă ținem cont că două rotoare sunt instalate de obicei în antifază, mașinile cu motor rotativ au de 3 ori mai multă putere decât sistemele clasice cilindru-piston.

Cât de popular este motorul diesel rotativ?

Primele mașini pe care a fost instalat Wankel ICE au fost mașinile NSU Spider din 1964, cu o capacitate de 54 CP, ceea ce a făcut posibilă accelerarea vehiculelor la 150 km/h. Mai departe, în 1967, a fost creată o versiune de bancă a sedanului NSU Ro-80, frumoasă și chiar elegantă, cu capota conică și portbagaj puțin mai înalt. Nu a intrat niciodată în producție de masă. Cu toate acestea, această mașină a fost cea care a împins multe companii să cumpere licențe pentru un motor diesel rotativ. Acestea includ Toyota, Citroen, GM, Mazda. Noutatea nu a prins rădăcini nicăieri. De ce? Acest lucru s-a datorat deficiențelor sale grave.

Camera formată din pereții statorului și rotorului depășește semnificativ volumul unui cilindru clasic, amestecul combustibil-aer este neuniform... Din această cauză, chiar și cu utilizarea unei descărcări sincrone a două lumânări, nu este asigurată arderea completă a combustibilului. Ca urmare, motorul cu ardere internă este neeconomic și nu este ecologic. De aceea, atunci când a izbucnit criza de combustibil, NSU, care se baza pe motoare rotative, a fost nevoită să fuzioneze cu Volkswagen, unde discreditații Wankel au fost abandonați.

Mercedes-Benz a produs doar două mașini cu rotor - С111 din primul (280 CP, 257,5 km/h, 100 km/h în 5 secunde) și al doilea (350 CP, 300 km/h, 100 km/h pentru 4,8). sec) generaţie. Chevrolet a produs, de asemenea, două mașini Corvette de probă cu un motor din două piese de 266 CP. și cu patru secțiuni de 390 CP, dar totul s-a limitat la demonstrația lor. Timp de 2 ani, începând din 1974, Citroen a produs 874 de mașini Citroen GS Birotor cu o capacitate de 107 CP de pe linia de asamblare, apoi au fost rechemate pentru lichidare, dar aproximativ 200 au rămas la șoferi. Asta înseamnă că există șansa de a-i întâlni astăzi pe drumurile din Germania, Danemarca sau Elveția, dacă, desigur, proprietarilor lor li s-a făcut o revizie majoră a unui motor rotativ.

Mazda a reușit să stabilească cea mai stabilă producție, din 1967 până în 1972 au fost produse 1519 de mașini Cosmo, întruchipate în două serii de mașini 343 și 1176. În aceeași perioadă, coupe-ul Luce R130 a fost lansat în producție de masă. „Wankels” au fost instalate pe toate modelele Mazda fără excepție din 1970, inclusiv pe autobuzul Parkway Rotary 26, care atinge viteze de până la 120 km/h cu o masă de 2835 kg. Cam în același timp, producția de motoare rotative a început în URSS, deși fără licență, și, prin urmare, au ajuns la totul cu mintea pe exemplul unui Wankel dezasamblat cu un NSU Ro-80.

Dezvoltarea a fost realizată la uzina VAZ. În 1976, motorul Vaz-311 a fost schimbat calitativ, iar șase ani mai târziu, marca VAZ-21018 cu un rotor de 70 CP a început să fie produsă în serie. Adevărat, un motor cu piston cu ardere internă a fost instalat în curând pe întreaga serie, deoarece toate Wankelele s-au rupt în timpul rulării și motorul rotativ a trebuit înlocuit. Din 1983, modelele Vaz-411 și Vaz-413 cu 120 și 140 CP au început să iasă de pe linia de asamblare. respectiv. Aceștia au fost echipați cu detașamentele poliției rutiere, ale Ministerului Afacerilor Interne și KGB. În prezent, rotoarele se ocupă exclusiv de Mazda.

Este destul de dificil să faci ceva pe cont propriu cu Wankel ICE. Cea mai accesibilă acțiune este înlocuirea lumânărilor. La primele modele, acestea au fost montate direct într-un arbore staționar, în jurul căruia nu doar rotorul se rotește, ci și corpul în sine. Pe viitor, dimpotrivă, statorul a fost staționat prin instalarea a 2 lumânări în peretele său opus supapelor de injecție de combustibil și gaze de eșapament. Orice altă lucrare de reparație, dacă ești obișnuit cu clasicul motor cu ardere internă cu piston, este aproape imposibilă.

Motorul Wankel are cu 40% mai puține piese decât un ICE standard, care se bazează pe un CPG (grup cilindru-piston).

Căptușelile de susținere a arborelui se schimbă dacă cuprul începe să iasă, pentru aceasta scoatem angrenajele, înlocuim și apăsăm din nou roțile dințate. Apoi inspectăm garniturile de ulei și, dacă este necesar, le schimbăm și pe acestea. Când reparați un motor rotativ cu propriile mâini, aveți grijă când scoateți și instalați arcurile inelelor de răzuire a uleiului, partea din față și din spate diferă ca formă. Plăcile de capăt sunt, de asemenea, supuse înlocuirii, dacă este necesar, și trebuie instalate conform literei marcate.

Garniturile de colț sunt montate în primul rând pe partea frontală a rotorului, este indicat să le puneți pe unsoare Castrol verde pentru a le fixa în timpul montării mecanismului. După instalarea arborelui, se montează garniturile de colț din spate. Aplicați garnituri pe stator și lubrifiați-le cu material de etanșare. Vârfurile cu arcuri sunt introduse în garniturile de colț după ce rotorul a fost introdus în carcasa statorului. În cele din urmă, garniturile secțiunilor din față și din spate sunt lubrifiate cu material de etanșare înainte de fixarea capacelor.