Co jest lepsze niż silnik z tłokiem obrotowym? Zasada działania obrotowego silnika spalinowego. Zasada działania silnika obrotowego

Wraz z wynalezieniem silnika wewnętrzne spalanie Postęp w rozwoju przemysłu motoryzacyjnego posunął się daleko do przodu. Chociaż urządzenie ogólne Silnik spalinowy pozostał taki sam, jednostki te były stale udoskonalane. Wraz z tymi silnikami pojawiły się bardziej postępowe jednostki typu obrotowego. Ale dlaczego nigdy nie stały się powszechne? świat motoryzacji? Odpowiedzi na to pytanie przyjrzymy się w artykule.

Historia jednostki

Silnik rotacyjny został zaprojektowany i przetestowany przez konstruktorów Felixa Wankla i Waltera Freude w 1957 roku. Pierwszym samochodem, w którym zainstalowano to urządzenie, był samochód sportowy NSU Spider. Badania wykazały, że przy mocy silnika 57 Konie mechaniczne samochód ten potrafił rozpędzić się do imponujących 150 kilometrów na godzinę. Produkcja samochodów Spider wyposażonych w silnik rotacyjny o mocy 57 koni mechanicznych trwała około 3 lat.

Następnie samochód NSU Ro-80 zaczęto wyposażać w tego typu silnik. Następnie silniki obrotowe zostały zainstalowane w Citroenach, Mercedesach, VAZ i Chevroletach.

Jednym z najpopularniejszych samochodów z silnikiem Wankla jest japoński samochód sportowy model Mazda Cosmo Sport. Japończycy zaczęli także wyposażać w ten silnik model RX. Zasada działania silnika rotacyjnego (Mazda RX) polegała na ciągłym obrocie wirnika z naprzemiennymi cyklami pracy. Ale o tym trochę później.

Obecnie japoński producent samochodów nie zajmuje się seryjną produkcją samochodów z silnikami obrotowymi. Ostatnim modelem, w którym zamontowano taki silnik, była modyfikacja Spirit R Mazda RX8. Jednak w 2012 roku zaprzestano produkcji tej wersji samochodu.

Konstrukcja i zasada działania

Jaka jest zasada działania silnika rotacyjnego? Silnik tego typu ma cykl 4-suwowy, podobnie jak klasyczny silnik spalinowy. Jednakże zasada działania silnika z tłokiem obrotowym różni się nieco od zasady działania konwencjonalnego silnika tłokowego.

W czym główna cecha tego silnika? Obrotowy silnik Stirlinga ma w swojej konstrukcji nie 2, nie 4 czy 8 tłoków, ale tylko jeden. Nazywa się to rotorem. Element ten obraca się w specjalnie ukształtowanym cylindrze. Wirnik jest osadzony na wale i połączony z przekładnią. Ten ostatni ma sprzęgło zębate z rozrusznikiem. Element obraca się po krzywiźnie epitrochoidalnej. Oznacza to, że łopaty wirnika naprzemiennie zachodzą na komorę cylindra. W tym ostatnim następuje spalanie paliwa. Zasada działania silnika rotacyjnego (m.in. Mazda Cosmo Sport) polega na tym, że podczas jednego obrotu mechanizm wypycha trzy płatki sztywnych kół. Gdy część obraca się w obudowie, trzy wewnętrzne przegródki zmieniają rozmiar. Ze względu na zmianę rozmiaru w komorach powstaje pewne ciśnienie.

Fazy ​​pracy

Jak działa silnik rotacyjny? Zasada działania (obrazy gif i schemat RPD, które można zobaczyć poniżej) tego silnika jest następująca. Praca silnika składa się z czterech powtarzających się cykli, a mianowicie:

1. Zapas paliwa. Jest to pierwsza faza pracy silnika. Dzieje się tak w momencie, gdy górna część rotora znajdzie się na poziomie otworu zasilającego. Gdy aparat jest otwarty od komory głównej, jego objętość zbliża się do minimum. Gdy tylko wirnik obróci się obok niego, komora się dostanie mieszanka paliwowo-powietrzna. Następnie kamera ponownie się zamyka.
2. Kompresja. W miarę dalszego ruchu wirnika przestrzeń w komorze zmniejsza się. W ten sposób mieszanina powietrza i paliwa jest sprężana. Gdy tylko mechanizm przejdzie przez komorę ze świecami zapłonowymi, objętość komory ponownie się zmniejsza. W tym momencie mieszanina zapala się.
3. Zapłon. Często silnik obrotowy (w tym VAZ-21018) ma kilka świec zapłonowych. Wynika to z dużej długości komory spalania. Gdy tylko świeca zapali palną mieszaninę, poziom ciśnienia wewnątrz wzrasta dziesiątki razy. W ten sposób wirnik jest ponownie napędzany. Ponadto ciśnienie w komorze i ilość gazów stale rosną. W tym momencie wirnik porusza się i wytwarzany jest moment obrotowy. Dzieje się tak, dopóki mechanizm nie przejdzie przez komorę wydechową.
4. Uwalnianie gazów. Kiedy wirnik przechodzi przez tę komorę, gaz pod wysokim ciśnieniem zaczyna swobodnie się do niego przedostawać rura wydechowa. W takim przypadku ruch mechanizmu nie zatrzymuje się. Wirnik obraca się równomiernie, aż objętość komory spalania ponownie spadnie do minimum. Do tego czasu pozostała ilość spalin zostanie wyciśnięta z silnika.

Taka jest dokładnie zasada działania silnika obrotowego. VAZ-2108, na którym zamontowano również RPD, podobnie jak japońska Mazda, wyróżniał się cichą pracą silnika i wysokimi właściwościami dynamicznymi. Ale do masowej produkcji tę modyfikację nigdy nie został uruchomiony. Dowiedzieliśmy się więc, jaka jest zasada działania silnika obrotowego.

Wady i zalety

Nie bez powodu ten silnik przyciągnął uwagę tak wielu producentów samochodów. Jego specjalna zasada działania i konstrukcja mają wiele zalet w porównaniu z innymi typami silników spalinowych.

Jakie są zatem zalety i wady silnika rotacyjnego? Zacznijmy od oczywistych zalet. Po pierwsze, silnik rotacyjny ma najbardziej wyważoną konstrukcję, dzięki czemu praktycznie nie powoduje wysokich wibracji podczas pracy. Po drugie, silnik ten jest lżejszy i bardziej kompaktowy, dlatego jego instalacja jest szczególnie istotna dla producentów samochodów sportowych. Dodatkowo niewielka waga jednostki umożliwiła projektantom uzyskanie idealnego rozkładu ciężaru na osiach. Tym samym samochód z tym silnikiem stał się bardziej stabilny i zwrotny na drodze.

I oczywiście przestronność projektu. Pomimo tej samej liczby skoków konstrukcja tego silnika jest znacznie prostsza niż jego tłokowego odpowiednika. Aby stworzyć silnik obrotowy, było to konieczne minimalna ilość jednostki i mechanizmy.

Jednak główną zaletą tego silnika nie jest jego masa i niskie wibracje, ale wysoka wydajność. Dzięki specjalnej zasadzie działania silnik obrotowy miał większą moc i współczynnik przydatna akcja.

Teraz o wadach. Było ich o wiele więcej niż zalet. Głównym powodem, dla którego producenci odmówili zakupu takich silników, było ich wysokie zużycie paliwa. Taka jednostka średnio spalała do 20 litrów paliwa na sto kilometrów, a to, jak widać, jest to znaczny wydatek jak na dzisiejsze standardy.

Trudność w produkcji części

Ponadto warto zwrócić uwagę na wysoki koszt produkcji części do tego silnika, co tłumaczono złożonością produkcji wirnika. W celu ten mechanizm prawidłowo przeszedł przez krzywą epitrochoidalną, wymagana jest duża dokładność geometryczna (również dla cylindra). Dlatego przy produkcji silników rotacyjnych nie można obejść się bez specjalistycznego, drogiego sprzętu i specjalnej wiedzy technicznej. W związku z tym wszystkie te koszty są wliczone w cenę samochodu z góry.

Przegrzanie i duże obciążenia

Ponadto, ze względu na specjalną konstrukcję, urządzenie to często ulegało przegrzaniu. Cały problem polegał na soczewkowatym kształcie komory spalania.

Natomiast klasyczne silniki spalinowe mają kulistą konstrukcję komory. Paliwo spalane w mechanizmie w kształcie soczewki zamieniane jest w energię cieplną, która jest zużywana nie tylko na skok roboczy, ale także na ogrzewanie samego cylindra. Ostatecznie częste „wrzenie” urządzenia prowadzi do szybkiego zużycia i awarii.

Ratunek

Nie tylko cylinder wytrzymuje duże obciążenia. Badania wykazały, że podczas pracy wirnika znaczna część obciążenia spada na uszczelki znajdujące się pomiędzy dyszami mechanizmów. Podlegają stałemu spadkowi ciśnienia, więc maksymalna żywotność silnika nie przekracza 100-150 tysięcy kilometrów.

Następnie silnik wymaga poważnych napraw, których koszt czasami równa się zakupowi nowej jednostki.

Zużycie oleju

Ponadto silnik rotacyjny jest bardzo wymagający w zakresie konserwacji.

Zużycie oleju wynosi ponad 500 mililitrów na 1 tysiąc kilometrów, co zmusza do uzupełniania płynu co 4-5 tysięcy kilometrów. Jeśli nie wymienisz go na czas, silnik po prostu ulegnie awarii. Oznacza to, że do kwestii serwisowania silnika rotacyjnego należy podejść bardziej odpowiedzialnie, w przeciwnym razie najmniejszy błąd może prowadzić do kosztownych napraw urządzenia.

Odmiany

W tej chwili istnieje pięć odmian tego typu jednostek:

Silnik obrotowy (VAZ-21018-2108)

Historia powstania obrotowych silników spalinowych VAZ sięga 1974 roku. Wtedy też powstało pierwsze biuro projektowe RPD. Jednak pierwszy silnik opracowany przez naszych inżynierów miał konstrukcję podobną do silnika Wankla, który był montowany w importowanych sedanach NSU Ro80. Radziecki odpowiednik nazywał się VAZ-311. To pierwszy radziecki silnik rotacyjny. Zasada działania tego silnika w samochodach VAZ ma ten sam algorytm działania, co Wankel RPD.

Pierwszym samochodem, w którym zaczęto instalować te silniki, była modyfikacja VAZ 21018. Samochód praktycznie nie różnił się od swojego „przodka” - modelu 2101 - z wyjątkiem zastosowanego silnika spalinowego. Pod maską nowego produktu znajdował się jednosekcyjny RPD o mocy 70 koni mechanicznych. Jednak w wyniku badań wszystkich 50 próbek modelu odkryto liczne awarie silnika, co zmusiło fabrykę Wołżski do zaprzestania stosowania tego Typ ICE w swoich samochodach przez kilka następnych lat.

Główną przyczyną nieprawidłowego działania krajowego RPD były zawodne uszczelki. Jednak radzieccy projektanci postanowili uratować ten projekt, prezentując światu nowy 2-sekcyjny silnik obrotowy VAZ-411. Następnie opracowano silnik spalinowy marki VAZ-413. Główne różnice dotyczyły władzy. Pierwszy egzemplarz rozwijał moc do 120 koni mechanicznych, drugi - około 140. Jednak jednostki te ponownie nie zostały uwzględnione w serii. Zakład zdecydował się na montaż ich wyłącznie w pojazdach służbowych wykorzystywanych przez policję drogową i KGB.

Silniki dla lotnictwa „ósemki” i „dziewiątki”

W kolejnych latach programiści próbowali stworzyć silnik rotacyjny do krajowych małych samolotów, ale wszystkie próby zakończyły się niepowodzeniem. W rezultacie projektanci ponownie rozpoczęli prace nad silnikami do samochodów osobowych (obecnie z napędem na przednie koła) samochodów VAZ serii 8 i 9. W przeciwieństwie do swoich poprzedników, nowo opracowane silniki VAZ-414 i 415 były uniwersalne i można je było stosować na tylnych kołach. modele samochodów z napędem na koła, takie jak Wołga i Moskwicz i tak dalej.

Charakterystyka RPD VAZ-414

Pierwszy ten silnik pojawił się na „dziewiątkach” dopiero w 1992 roku. W porównaniu do swoich „przodków” silnik ten miał następujące zalety:

• Wysoka moc właściwa, dzięki której samochód mógł osiągnąć „setki” w zaledwie 8-9 sekund.
• Wysoka wydajność. Z jednego litra spalonego paliwa można było uzyskać aż 110 koni mechanicznych (i to bez doładowania i dodatkowego wytaczania bloku cylindrów).
• Wysoki potencjał wymuszania. Przy odpowiednim dostrojeniu udało się zwiększyć moc silnika o kilkadziesiąt koni mechanicznych.
• Silnik o dużej prędkości. Taki silnik był w stanie pracować nawet przy 10 000 obr/min. Pod takimi obciążeniami mógł pracować tylko silnik rotacyjny. Zasada działania klasycznych silników spalinowych nie pozwala na ich długotrwałą pracę przy dużych prędkościach.
• Stosunkowo niskie zużycie paliwa. Jeśli poprzednie egzemplarze „zjadły” około 18–20 litrów paliwa na „sto”, to jednostka ta podczas przeciętnej pracy zużywała tylko 14–15 litrów.

Aktualna sytuacja z RPD w Wołżskim Zakładzie Samochodowym

Wszystkie opisane powyżej silniki nie zyskały dużej popularności i wkrótce zaprzestano ich produkcji. W przyszłości Wołżski Zakład Samochodowy nie planuje jeszcze ożywienia rozwoju silników obrotowych. Tak więc VAZ-414 RPD pozostanie zmiętą kartką papieru w historii krajowej inżynierii mechanicznej.

Dowiedzieliśmy się więc, jaka jest zasada działania i konstrukcja silnika rotacyjnego.

W 1957 roku niemieccy inżynierowie Felix Wankel i Walter Freude zademonstrowali pierwszy działający silnik obrotowy. Zaledwie siedem lat później jego ulepszona wersja znalazła się pod maską niemieckiego samochodu sportowego NSU-Spider – pierwszego samochód produkcyjny z takim silnikiem. Wiele osób kupiło nowy produkt firmy samochodowe- Mercedes-Benz, Citroen, General Motors. Nawet VAZ przez wiele lat produkował samochody z silnikami Wankla w małych partiach. Jednak jedyną firmą, która zdecydowała się na masową produkcję silników rotacyjnych i długo z nich nie rezygnowała, pomimo wszelkich kryzysów, była Mazda. Pierwszy model z silnikiem Wankla, Cosmo Sports (110S), pojawił się w 1967 roku.

OBCY WŚRÓD SWOICH

W silniku tłokowym energia spalania mieszanki paliwowo-powietrznej zamieniana jest najpierw na ruch posuwisto-zwrotny grupy tłoków, a dopiero potem na ruch obrotowy wał korbowy. W silniku rotacyjnym dzieje się to bez etapu pośredniego, a więc z mniejszymi stratami.

Istnieją dwie wersje benzynowego wolnossącego 1,3-litrowego silnika 13B-MSP z dwoma wirnikami (sekcjami) – o mocy standardowej (192 KM) i wymuszonej (231 KM). Strukturalnie jest to kanapka pięciu budynków, które tworzą dwie zamknięte komory. W nich pod wpływem energii spalania gazów obracają się wirniki, osadzone na mimośrodowym wale (podobnym do wału korbowego). Ten ruch jest bardzo trudny. Każdy wirnik nie tylko się obraca, ale toczy swoje wewnętrzne koło zębate wokół nieruchomego koła zębatego zamocowanego pośrodku jednej z bocznych ścian komory. Wał mimośrodowy przechodzi przez całą kanapkę obudów i przekładni stacjonarnych. Wirnik porusza się w ten sposób, że na każdy obrót przypadają trzy obroty wału mimośrodowego.

W silniku rotacyjnym realizowane są te same cykle, co w czterosuwowym zespole tłokowym: dolot, sprężanie, skok mocy i wydech. Jednocześnie nie ma skomplikowanego mechanizmu dystrybucji gazu - napędu rozrządu, wałków rozrządu i zaworów. Wszystkie jego funkcje pełnią okna wlotowe i wylotowe w ścianach bocznych (obudowach) - oraz sam wirnik, który obracając się, otwiera i zamyka „okna”.

Zasadę działania silnika rotacyjnego pokazano na schemacie. Dla uproszczenia podano przykład silnika z jedną sekcją - druga działa w ten sam sposób. Każda strona wirnika tworzy własną wnękę roboczą ze ściankami obudów. W pozycji 1 objętość wnęki jest minimalna i odpowiada to początkowi suwu ssania. W miarę obracania się wirnika otwierają się okienka wlotowe i do komory zasysana jest mieszanka paliwowo-powietrzna (pozycje 2–4). W pozycji 5 wnęka robocza ma maksymalną objętość. Następnie wirnik zamyka okna wlotowe i rozpoczyna się suw sprężania (pozycje 6–9). W pozycji 10, gdy objętość wnęki jest ponownie minimalna, mieszaninę zapala się za pomocą świec i rozpoczyna się skok roboczy. Energia spalania gazów obraca wirnik. Rozprężanie gazu następuje do pozycji 13, a maksymalna objętość komory roboczej odpowiada pozycji 15. Następnie do pozycji 18 wirnik otwiera okna wylotowe i wypycha spaliny. Następnie cykl rozpoczyna się od nowa.

Pozostałe wnęki robocze działają w ten sam sposób. A ponieważ są trzy wnęki, to na jeden obrót wirnika przypada aż trzy suwy robocze! Biorąc pod uwagę, że wał mimośrodowy (korbowy) obraca się trzy razy szybciej niż wirnik, moc wyjściowa wynosi jeden skok mocy (praca przydatna) na obrót wału w przypadku silnika jednosekcyjnego. W przypadku czterosuwowego silnika tłokowego z jednym cylindrem stosunek ten jest o połowę mniejszy.

Pod względem stosunku liczby skoków mocy na obrót wału wyjściowego dwusekcyjny 13B-MSP przypomina konwencjonalny czterocylindrowy silnik tłokowy. Ale jednocześnie przy pojemności skokowej 1,3 litra wytwarza w przybliżeniu taką samą moc i moment obrotowy jak silnik tłokowy o pojemności 2,6 litra! Sekret polega na tym, że silnik obrotowy ma kilkakrotnie mniej ruchomych mas – obracają się tylko wirniki i wał mimośrodowy, i to nawet w jednym kierunku. W przypadku silnika tłokowego część użytecznej pracy polega na napędzaniu złożonego mechanizmu rozrządu i pionowego ruchu tłoków, który stale zmienia swój kierunek. Kolejną cechą silnika rotacyjnego jest jego większa odporność na detonację. Dlatego jest bardziej obiecujący do pracy nad wodorem. W silniku rotacyjnym niszczycielska energia nieprawidłowego spalania mieszanki roboczej działa tylko w kierunku obrotu wirnika – wynika to z jego konstrukcji. Jednak w silniku tłokowym jest on skierowany w stronę przeciwną do ruchu tłoka, co powoduje katastrofalne skutki.

Silnik Wankla: NIE WSZYSTKO JEST TAK PROSTE

Choć silnik rotacyjny ma mniej elementów niż silnik tłokowy, zastosowano w nim bardziej wyrafinowane rozwiązania konstrukcyjne i technologie. Można jednak dostrzec między nimi podobieństwa.

Obudowy wirników (stojanów) wykonane są w technologii wstawiania blachy: w obudowę ze stopu aluminium wsuwane jest specjalne podłoże stalowe. Dzięki temu konstrukcja jest lekka i trwała. Stalowy spód jest chromowany z mikroskopijnymi rowkami dla lepszego zatrzymywania oleju. W rzeczywistości taki stojan przypomina znajomy cylinder z suchą tuleją i osełką.

Obudowy boczne wykonane są ze specjalnego żeliwa. Każdy z nich posiada okna wlotowe i wylotowe. A stacjonarne koła zębate są przymocowane do zewnętrznych (przednich i tylnych). Przy silnikach poprzednie pokolenia te okna były w stojanie. To jest w nowy design zwiększyły swój rozmiar i liczbę. Dzięki temu poprawiła się charakterystyka wlotu i wydechu mieszanki roboczej, a na wyjściu - wydajność silnika, jego moc i zużycie paliwa. Obudowy boczne współpracujące z wirnikami można porównać pod względem funkcjonalności do mechanizmu rozrządu silnika tłokowego.

Wirnik to zasadniczo ten sam tłok i jednocześnie korbowód. Wykonane ze specjalnego żeliwa, puste w środku, możliwie najlżejsze. Po każdej stronie znajduje się komora spalania w kształcie kuwety i oczywiście uszczelki. Łożysko wirnika jest włożone w część wewnętrzną - rodzaj łożysko korbowodu wał korbowy.

Jeśli w konwencjonalnym tłoku zastosowano tylko trzy pierścienie (dwa pierścienie ściskające i jeden pierścień zgarniający olej), to w wirniku takich elementów jest kilkukrotnie więcej. Zatem wierzchołki (uszczelki na górze wirnika) pełnią rolę pierwszych pierścieni ściskających. Wykonane są z żeliwa poddanego obróbce wiązką elektronów - w celu zwiększenia odporności na zużycie w kontakcie ze ścianką stojana.

Wierzchołki składają się z dwóch elementów - uszczelki głównej i narożnika. Dociskają je do ścianki stojana za pomocą siły sprężyny i siły odśrodkowej. Rolę drugich pierścieni dociskowych pełnią uszczelki boczne i narożne. Zapewniają gazoszczelny kontakt wirnika z obudowami bocznymi. Podobnie jak wierzchołki, są one dociskane sprężynami do ścian obudowy. Uszczelki boczne są wykonane z cermetalu (przenoszą główne obciążenie), a uszczelki narożne wykonane są ze specjalnego żeliwa. Istnieją również uszczelki izolacyjne. Zapobiegają przedostawaniu się części gazów spalinowych do otworów dolotowych przez szczelinę pomiędzy wirnikiem a obudową boczną. Podobieństwo występuje po obu stronach wirnika pierścienie zgarniające olej- uszczelki olejowe. Zatrzymują olej dostarczany do jego wewnętrznej wnęki w celu chłodzenia.

Układ smarowania jest również wyrafinowany. Posiada co najmniej jedną chłodnicę do chłodzenia oleju podczas pracy silnika pod dużym obciążeniem oraz kilka rodzajów dysz olejowych. Niektóre są wbudowane w wał mimośrodowy i chłodzą wirniki (zasadniczo podobnie do dysz chłodzących tłok). Inne są wbudowane w stojany - po parze dla każdego. Dysze są umieszczone pod kątem i skierowane w stronę ścian bocznych obudów - dla lepsze smarowanie obudowy wirników i uszczelnienia boczne. Olej dostaje się do komory roboczej i miesza się z mieszanką paliwowo-powietrzną, zapewniając smarowanie pozostałych elementów i spala się wraz z nią. Dlatego ważne jest, aby stosować wyłącznie oleje mineralne lub specjalne półsyntetyki zatwierdzone przez producenta. Nieodpowiednie smary do spalania powodują powstawanie dużej ilości osadów węglowych, co prowadzi do detonacji, przerw zapłonu i zmniejszonego sprężania.

Układ paliwowy jest dość prosty - za wyjątkiem liczby i umiejscowienia wtryskiwaczy. Dwa znajdują się przed oknami dolotowymi (po jednym na wirnik) i taka sama liczba znajduje się w kolektorze dolotowym. W kolektorze silnika wymuszonego znajdują się jeszcze dwa wtryskiwacze.

Komory spalania są bardzo długie i aby spalanie mieszanki roboczej było efektywne, konieczne było zastosowanie dwóch świec zapłonowych na każdy wirnik. Różnią się od siebie długością i elektrodami. Aby uniknąć nieprawidłowego montażu, na przewody i świece zapłonowe nakładane są kolorowe oznaczenia.

W PRAKTYCE

Żywotność silnika 13B-MSP wynosi około 100 000 km. Co dziwne, cierpi na te same problemy, co tłokowy.

Pierwszym słabym ogniwem wydają się być uszczelnienia wirnika, które narażone są na działanie wysokiej temperatury i dużych obciążeń. To prawda, ale przed naturalnym zużyciem zostaną one wykończone przez detonację oraz zużycie mimośrodowych łożysk wału i wirników. Co więcej, cierpią tylko uszczelki końcowe (wierzchołki), a uszczelki boczne zużywają się niezwykle rzadko.

Detonacja deformuje wierzchołki i ich gniazda na wirniku. W rezultacie, oprócz zmniejszenia ściskania, narożniki uszczelnienia mogą wypaść i uszkodzić powierzchnię stojana, której nie można obrobić. Nudne jest bezużyteczne: po pierwsze, trudno jest znaleźć niezbędny sprzęt, a po drugie, po prostu nie ma części zamiennych do zwiększonych rozmiarów. Wirników nie można naprawić, jeśli rowki na wierzchołkach są uszkodzone. Jak zwykle, źródłem problemu jest jakość paliwa. Uczciwa benzyna 98 nie jest tak łatwa do znalezienia.

Najszybciej zużywają się łożyska główne wału mimośrodowego. Najwyraźniej ze względu na to, że obraca się trzy razy szybciej niż wirniki. W rezultacie wirniki ulegają przemieszczeniu względem ścianek stojana. A wierzchołki wirników powinny znajdować się w równej odległości od nich. Wcześniej czy później rogi wierzchołków wypadają i podnoszą powierzchnię stojana. Tego nieszczęścia nie da się przewidzieć – w odróżnieniu od silnika tłokowego, silnik rotacyjny praktycznie nie stuka nawet przy zużyciu tulei.

W przypadku silników z wymuszonym doładowaniem zdarzają się przypadki przegrzania wierzchołka z powodu bardzo ubogiej mieszanki. Znajdująca się pod spodem sprężyna go ugina – w efekcie kompresja znacznie spada.

Drugą słabością jest nierównomierne nagrzewanie się obudowy. Górna część(tutaj występują suwy ssania i sprężania) jest zimniejszy niż dolny (suw spalania i wydechu). Jednak nadwozie ulega deformacji tylko w przypadku silników z wymuszonym doładowaniem o mocy ponad 500 KM.

Jak można się spodziewać, silnik jest bardzo wrażliwy na rodzaj oleju. Praktyka pokazała, że ​​oleje syntetyczne, nawet specjalne, podczas spalania tworzą dużo osadów węglowych. Gromadzi się na wierzchołkach i zmniejsza kompresję. Potrzebuję użyć olej mineralny- pali się prawie bez śladu. Serwisanci zalecają wymianę co 5000 km.

Dysze olejowe w stojanie ulegają awariom głównie z powodu przedostania się brudu do wewnętrznych zaworów. Przez nie dostaje się powietrze atmosferyczne filtr powietrza, I przedwczesna wymiana filtr prowadzi do problemów. Zaworów wtryskiwaczy nie można myć.

Problemy z zimnym rozruchem silnika, zwłaszcza zimą, są spowodowane utratą kompresji z powodu zużycia wierzchołków i pojawieniem się osadów na elektrodach świec zapłonowych z powodu niskiej jakości benzyny.

Świece zapłonowe wytrzymują średnio 15 000–20 000 km.

Wbrew powszechnemu przekonaniu producent zaleca wyłączanie silnika w zwykły sposób, a nie przy średnich obrotach. „Eksperci” są pewni, że po wyłączeniu zapłonu w trybie pracy całe pozostałe paliwo zostaje spalone, co ułatwia późniejszy zimny start. Według żołnierzy takie sztuczki są bezużyteczne. Ale to co naprawdę wyjdzie silnikowi na dobre to chociaż lekkie rozgrzanie przed ruszeniem. Przy ciepłym oleju (nie niższym niż 50°) jego zużycie będzie mniejsze.

Dzięki wysokiej jakości rozwiązywaniu problemów z silnikiem rotacyjnym i późniejszym naprawom wytrzyma kolejne 100 000 km. Najczęściej wymagana jest wymiana stojanów i wszystkich uszczelek wirnika - za to trzeba będzie zapłacić co najmniej 175 000 rubli.

Pomimo powyższych problemów, w Rosji nie brakuje fanów maszyn rotacyjnych – nie mówiąc już o innych krajach! Chociaż sama Mazda zaprzestała produkcji obrotowego V8 i nie spieszy się z produkcją jego następcy.

Mazda RX-8: TEST WYTRZYMAŁOŚCI

W 1991 roku Mazda 787B z silnikiem Wankla zwyciężyła w 24-godzinnym wyścigu Le Mans. Było to pierwsze i jedyne zwycięstwo samochodu z takim silnikiem. Nawiasem mówiąc, teraz nie wszystkie silniki tłokowe przetrwają do mety w „długich” wyścigach wytrzymałościowych.

„Większość ludzi kojarzy to z cylindrami i tłokami, układem dystrybucji gazu i mechanizmem korbowym. Dzieje się tak dlatego, że zdecydowana większość samochodów wyposażona jest w klasyczny i najpopularniejszy typ silnika – tłokowy.

Dzisiaj porozmawiamy o silniku z tłokiem obrotowym Wankla, który ma cały zestaw wyjątkowych właściwości technicznych i kiedyś miał otworzyć nowe perspektywy w przemyśle motoryzacyjnym, ale nie mógł zająć należnego mu miejsca i nie rozpowszechnił się.

Historia stworzenia

Za pierwszy obrotowy silnik cieplny uważa się eolipil. Został stworzony i opisany w I wieku naszej ery przez greckiego inżyniera mechanika Herona z Aleksandrii.

Konstrukcja eolipilu jest dość prosta: obracająca się kula z brązu jest umieszczona na osi przechodzącej przez środek symetrii. Para wodna, będąca czynnikiem roboczym, wypływa z dwóch dysz umieszczonych pośrodku kuli naprzeciw siebie i prostopadle do osi mocowania.


Mechanizmy działania wody i wiatraków, wykorzystujące siłę żywiołów jako energię, można również przypisać starożytnym silnikom obrotowym.

Klasyfikacja silników rotacyjnych

Komora robocza obrotowego silnika spalinowego może być hermetyczna lub mieć stałe połączenie z atmosferą, gdy jest oddzielona od otoczenia łopatkami wirnika. Na tej zasadzie budowane są turbiny gazowe.

Wśród silników z tłokiem obrotowym i zamkniętymi komorami spalania eksperci wyróżniają kilka grup. Separacja może nastąpić w zależności od: obecności lub braku elementów uszczelniających, w zależności od trybu pracy komory spalania (przerywana-pulsacyjna lub ciągła), w zależności od rodzaju obrotu korpusu roboczego.

Warto zaznaczyć, że większość opisanych konstrukcji nie posiada próbek roboczych i istnieją one na papierze.
Zostały sklasyfikowane przez rosyjskiego inżyniera I.Yu. Isaev, który sam jest zajęty tworzeniem idealnego silnika rotacyjnego. Przeanalizował patenty z Rosji, Ameryki i innych krajów, łącznie ponad 600.

Obrotowy silnik spalinowy o ruchu posuwisto-zwrotnym

Wirnik w takich silnikach nie obraca się, ale wykonuje wahania łuku posuwisto-zwrotnego. Łopatki wirnika i stojana są nieruchome, a pomiędzy nimi występują suwy rozprężania i ściskania.

Z ruchem pulsacyjno-rotacyjnym, jednokierunkowym

W obudowie silnika znajdują się dwa obracające się wirniki; pomiędzy ich łopatkami następuje ściskanie, gdy zbliżają się do siebie, a rozprężanie, gdy się oddalają. Ze względu na nierównomierny obrót ostrzy konieczne jest opracowanie złożonego mechanizmu wyrównującego.

Z klapami uszczelniającymi i ruchami posuwisto-zwrotnymi

Schemat, z powodzeniem stosowany w silnikach pneumatycznych, gdzie obrót odbywa się za pomocą sprężonego powietrza, nie zakorzenił się w silnikach spalinowych ze względu na wysokie ciśnienie i temperatury.

Z fokami i posuwisto-zwrotnymi ruchami ciała

Schemat jest podobny do poprzedniego, tylko klapy uszczelniające znajdują się nie na wirniku, ale na obudowie silnika. Wady są takie same: niemożność zapewnienia wystarczającej szczelności łopatek obudowy z wirnikiem przy jednoczesnym zachowaniu ich mobilności.

Silniki o równomiernym ruchu elementów roboczych i innych

Najbardziej obiecujące i zaawansowane typy silników rotacyjnych. Teoretycznie to oni mogą się najbardziej rozwinąć wysokie obroty i zyskać moc, ale jak dotąd nie udało się stworzyć jednego obwodu roboczego dla silników spalinowych.

Z planetarnym, obrotowym ruchem elementu roboczego

Do tej ostatniej zalicza się najbardziej znana konstrukcja silnika z tłokiem obrotowym autorstwa inżyniera Feliksa Wankla.

Chociaż istnieje ogromna liczba innych projektów typu planetarnego:

• Umpleby
• Graya i Dremmonda
• Marshalla
• Rozpiętość
• Renault
• Tomasz
• Wallindera i Skooga
• Sensand
• Maillarda
• Ferro

Historia Wankla

Życie Feliksa Heinricha Wankla nie było łatwe, w młodym wieku został sierotą (ojciec przyszłego wynalazcy zginął w czasie I wojny światowej), Feliksowi nie udało się pozyskać środków na studia na uniwersytecie, a jego specjalność zawodowa nie nie pozwalają mu uzyskać ciężkiej krótkowzroczności.

To skłoniło Wankla do samodzielnego studiowania dyscyplin technicznych, dzięki czemu w 1924 roku wpadł na pomysł stworzenia silnika rotacyjnego z wirującą komorą spalania wewnętrznego.


W 1929 roku otrzymał patent na wynalazek, co stało się pierwszym krokiem w kierunku powstania słynnego Wankla RPD. W 1933 roku wynalazca, znajdując się w szeregach przeciwników Hitlera, spędził sześć miesięcy w więzieniu. Po wyzwoleniu firma BMW zainteresowała się rozwojem silnika rotacyjnego i zaczęła finansować dalsze badania, przeznaczając do pracy warsztat w Landau.

Po wojnie trafia do Francuzów w ramach zadośćuczynienia, a sam wynalazca trafia do więzienia jako wspólnik reżimu hitlerowskiego. Dopiero w 1951 roku Felix Heinrich Wankel dostał pracę w firmie produkującej motocykle NSU i kontynuował swoje badania.


W tym samym roku rozpoczął współpracę z głównym projektantem NSU Walterem Freude, który sam od dawna zajmował się badaniami w zakresie stworzenia silnika z tłokiem obrotowym do motocykli wyścigowych. W 1958 roku na stanowisku badawczym odbyła się pierwsza próbka silnika.

Jak działa silnik rotacyjny?

Zaprojektowany przez Freuda i Wankla jednostka mocy, to wirnik wykonany w kształcie trójkąta Reuleaux. Wirnik obraca się planetarnie wokół przekładni zamontowanej pośrodku stojana – nieruchomej komory spalania. Sama komora wykonana jest w formie epitrochoidy, która niejasno przypomina ósemkę z wydłużonym środkiem i pełni rolę cylindra.

Poruszając się wewnątrz komory spalania, wirnik tworzy wnęki o zmiennej objętości, w których występują suwy silnika: ssący, sprężający, zapłonowy i wydechowy. Komory są hermetycznie oddzielone od siebie uszczelkami - wierzchołkami, których zużycie wynosi słaby punkt silniki tłokowe obrotowe.

Mieszanka paliwowo-powietrzna jest zapalana jednocześnie przez dwie świece zapłonowe, ponieważ komora spalania ma wydłużony kształt i dużą objętość, co spowalnia szybkość spalania mieszanki roboczej.

W silniku obrotowym stosuje się kąt opóźniony, a nie kąt wysunięty, jak w silniku tłokowym. Jest to konieczne, aby zapłon nastąpił nieco później, a siła eksplozji popychała wirnik w pożądanym kierunku.

Konstrukcja Wankla umożliwiła znaczne uproszczenie silnika i wyeliminowanie wielu części. Nie było już potrzeby stosowania oddzielnego mechanizmu dystrybucji gazu, a waga i rozmiar silnika zostały znacznie zmniejszone.

Zalety

Jak wspomniano wcześniej, silnik rotacyjny Wankla nie wymaga tylu części, co silnik tłokowy, dlatego ma mniejsze rozmiary, masę i gęstość mocy (liczba „koni” na kilogram masy).

Brak mechanizmu korbowego (w wersji klasycznej), co pozwala na zmniejszenie masy i obciążenia wibracyjnego. Ze względu na brak ruchów posuwisto-zwrotnych tłoków i niewielką masę ruchomych części, silnik może rozwijać i utrzymywać bardzo duże prędkości, reagując niemal natychmiast na wciśnięcie pedału gazu.

Obrotowy silnik spalinowy wytwarza moc przy trzech czwartych każdego obrotu wału wyjściowego, podczas gdy silnik tłokowy wytwarza moc tylko przy jednej czwartej.

Wady

Właśnie dlatego, że silnik Wankla, pomimo wszystkich swoich zalet, ma wiele wad, dziś tylko Mazda nadal go rozwija i udoskonala. Choć patent na niego wykupiły setki firm, m.in. Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan i inne.

Mały zasób

Główną i najważniejszą wadą jest krótka żywotność silnika. Średnio dla Rosji wynosi 100 tysięcy kilometrów. W Europie, USA i Japonii liczba ta jest dwukrotnie wyższa, dzięki jakości paliwa i kompetentnej obsłudze technicznej.


Największe obciążenie wywierają blachy, wierzchołki - promieniowe uszczelnienia końcowe pomiędzy komorami. Muszą wytrzymać wysoka temperatura, nacisku i obciążeń promieniowych. W RX-7 wysokość wierzchołka wynosi 8,1 milimetra, zaleca się wymianę przy zużyciu do 6,5, w RX-8 została fabrycznie zmniejszona do 5,3, oraz dopuszczalne zużycie nie więcej niż 4,5 milimetra.

Ważne jest monitorowanie kompresji, stanu oleju oraz wtryskiwaczy oleju dostarczających smar do komory silnika. Głównymi oznakami zużycia silnika i zbliżającego się remontu generalnego są niska kompresja, zużycie oleju i trudny rozruch na gorąco.

Niska przyjazność dla środowiska

Ponieważ układ smarowania silnika z tłokiem obrotowym polega na bezpośrednim wtrysku oleju do komory spalania, a także z powodu niepełnego spalania paliwa, spaliny mają zwiększoną toksyczność. Utrudniało to przejście kontroli środowiskowych, które należało spełnić, aby sprzedawać samochody na rynku amerykańskim.

Aby rozwiązać ten problem, inżynierowie Mazdy stworzyli reaktor termiczny, który spala węglowodory przed uwolnieniem ich do atmosfery. Został zainstalowany po raz pierwszy Samochód Mazdy R100.


Zamiast wstrzymywać produkcję jak inne, Mazda w 1972 roku rozpoczęła sprzedaż pojazdów wyposażonych w system przeciwdziałający zanieczyszczeniom silnika obrotowego (REAPS).

Wysokie zużycie

Wszystkie samochody z silnikami rotacyjnymi charakteryzują się wysokim zużyciem paliwa.

Oprócz Mazdy były też Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (czterosekcyjny, o pojemności 4 litrów), Citroen M35, ale były to w większości modele eksperymentalne, a ze względu na kryzys naftowy, który wybuchł w latach 80-tych ich produkcja została zawieszona.

Krótki skok wirnika i półksiężycowy kształt komory spalania nie pozwalają na całkowite wypalenie mieszanki roboczej. Otwór wylotowy otwiera się jeszcze przed całkowitym spalaniem, gazy nie mają czasu na przeniesienie całej siły ciśnienia na wirnik. Dlatego temperatura spaliny te silniki są bardzo wysokie.

Historia krajowego RPD

Na początku lat 80. ZSRR również zainteresował się technologią. To prawda, że ​​​​patent nie został zakupiony i postanowili wymyślić wszystko samodzielnie, innymi słowy skopiować zasadę działania i konstrukcję silnika rotacyjnego Mazdy.

W tym celu utworzono biuro projektowe i pracownię ds produkcja seryjna. W 1976 roku powstał pierwszy prototyp jednosekcyjnego silnika VAZ-311 o mocy 70 KM. Z. zainstalowany w 50 samochodach. W bardzo krótkim czasie opracowali zasób. Dało się odczuć słabe wyważenie REM (mechanizmu obrotowo-mimośrodowego) i szybkie zużycie wierzchołków.


Jednak rozwojem zainteresowali się służby specjalne charakterystyka dynamiczna silniki były znacznie ważniejsze niż zasoby. W 1982 roku światło dzienne ujrzał dwusekcyjny silnik rotacyjny VAZ-411 o szerokości wirnika 70 cm i mocy 120 KM. s. i VAZ-413 z wirnikiem 80 cm i 140 KM. Z. Później silniki VAZ-414 zaczęto wyposażać w pojazdy KGB, policji drogowej i Ministerstwa Spraw Wewnętrznych.

Od 1997 roku samochodem powszechne zastosowanie instalują jednostkę napędową VAZ-415, Wołga pojawia się z trzyczęściowym VAZ-425 RPD. Dziś w Rosji samochody nie są wyposażone w takie silniki.

Lista samochodów z silnikiem tłokowym obrotowym

Marka	Model
NSU	Pająk
	Ro80
Mazdy	Cosmo Sport (110S)
	Familia Obrotowe Coupe
	Obrotowa Parkway 26
	Capella (RX-2)
	Sawanna (RX-3)
	RX-4
	RX-7
	RX-8
	Eunos Kosmo
	Odbiór obrotowy
	Luce R-130
Mercedesa	C-111
XP-882 Cztery rotory
Citroena	M35
	GS Birotor (GZ)
VAZ	21019 (Arkanum)
	2105-09
GAZ	21
	24
	3102

Lista silników rotacyjnych Mazdy

Typ	Opis
40A	Pierwszy egzemplarz laboratoryjny, promień rotora 90 mm
L8A	Układ smarowania z suchą miską olejową, promień wirnika 98 mm, pojemność 792 cm3. cm
10A (0810)	Dwuczęściowy, 982 cu. cm, moc 110 l. pp., mieszanie oleju z paliwem do smarowania, masa 102 kg
10A (0813)	100 l. pp., wzrost masy ciała do 122 kg
10A (0866)	105 l. s., Technologia redukcji emisji REAPS
13A	Do napędu na przednie koła R-130, pojemność 1310 cm3. cm, 126 l. s., promień wirnika 120 mm
12A	Objętość 1146 cm3. cm, wzmocniono materiał wirnika, zwiększono żywotność stojana, uszczelki wykonano z żeliwa
12A Turbo	Wtrysk półbezpośredni, 160 l. Z.
12B	Pojedynczy rozdzielacz zapłonu
13B	Najpopularniejszy silnik o pojemności 1308 cm3. cm, niski poziom emisje
13B-RESI	135 l. p.s., RESI (Rotary Engine Super Injection) i wtrysk Bosch L-Jetronic
13B-DEI	146 l. p., zmienny dolot, układy 6PI i DEI, wtrysk z 4 wtryskiwaczami
13B-RE	235 l. pp., duże turbiny HT-15 i małe HT-10
13B-REW	280 l. p., 2 sekwencyjne turbiny Hitachi HT-12
13B-MSP Renesis	Ekologiczny i ekonomiczny, może działać na wodorze
13G/20B	Trzywirnikowe silniki wyścigowe, 1962 cm3. cm, moc 300 l. Z.
13J/R26B	Czterowirnikowy, do wyścigów samochodowych, pojemność 2622 cm3. cm, moc 700 l. Z.
16X (Renesis 2)	300 l. pp., Samochód koncepcyjny Taiki

Zasady eksploatacji silnika obrotowego

1. Wymieniaj olej co 3-5 tysięcy kilometrów. Za normalne uważa się zużycie 1,5 litra na 1000 km.
2. monitorować stan wtryskiwaczy oleju, ich średnia żywotność wynosi 50 tys.
3. wymieniaj filtr powietrza co 20 tys.
4. używaj tylko specjalnych świec zapłonowych, zasoby 30-40 tysięcy kilometrów.
5. Napełnij zbiornik benzyną nie mniejszą niż AI-95, a jeszcze lepiej AI-98.
6. zmierzyć kompresję przy wymianie oleju. W tym celu stosuje się specjalne urządzenie, kompresja powinna wynosić 6,5-8 atmosfer.

W przypadku pracy przy kompresji poniżej tych wartości standardowy zestaw naprawczy może nie wystarczyć – konieczna będzie wymiana całej sekcji, a być może i całego silnika.

Dzisiejszy dzień

Obecnie w produkcji seryjnej modele Mazdy RX-8, wyposażony w silnik Renesis (skrót od Rotary Engine + Genesis).


Projektantom udało się zmniejszyć zużycie oleju o połowę i zużycie paliwa o 40%, a także sprowadzić klasę ekologiczną do poziomu Euro-4. Silnik o pojemności 1,3 litra generuje moc 250 KM. Z.

Pomimo wszystkich osiągnięć Japończycy na tym nie poprzestają. Wbrew twierdzeniom większości ekspertów, że RPD nie ma przyszłości, nie ustawają w udoskonalaniu technologii i nie tak dawno temu zaprezentowali koncepcję sportowego coupe RX-Vision, z silnikiem rotacyjnym SkyActive-R.

Silnik rotacyjny to silnik spalinowy, którego konstrukcja zasadniczo różni się od konwencjonalnego silnika tłokowego.
W silniku tłokowym w tej samej objętości przestrzeni (cylindra) wykonywane są cztery suwy: dolot, sprężanie, skok mocy i wydech. Silnik obrotowy wykonuje te same ruchy, ale wszystkie one występują w różnych częściach komory. Można to porównać do oddzielnego cylindra na każdy skok, przy czym tłok stopniowo przemieszcza się z jednego cylindra do drugiego.

Silnik rotacyjny został wynaleziony i opracowany przez dr Felixa Wankla i czasami nazywany jest silnikiem Wankla lub silnikiem rotacyjnym Wankla.

W tym artykule porozmawiamy o tym, jak działa silnik rotacyjny. Na początek przyjrzyjmy się zasadzie jego działania.

Zasada działania silnika obrotowego

Wirnik i obudowa silnika rotacyjnego Mazda RX-7. Części te zastępują tłoki, cylindry, zawory i wałek rozrządu silnika tłokowego.

Podobnie jak silnik tłokowy, silnik rotacyjny wykorzystuje ciśnienie powstające podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. W silnikach tłokowych ciśnienie to wytwarzane jest w cylindrach i napędza tłoki. Korbowody i wał korbowy przekształcają ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy, który można wykorzystać do obracania kół samochodu.

W silniku rotacyjnym ciśnienie spalania generowane jest w komorze utworzonej przez część obudowy, zamkniętą z boku trójkątnego wirnika, który zastosowano zamiast tłoków.

Wirnik obraca się po torze przypominającym linię narysowaną przez spirograf. Dzięki tej trajektorii wszystkie trzy wierzchołki wirnika stykają się z obudową, tworząc trzy oddzielne objętości gazu. Wirnik obraca się i każda z tych objętości na przemian rozszerza się i kurczy. Zapewnia to przedostanie się mieszanki paliwowo-powietrznej do silnika, sprężanie, użyteczną pracę podczas rozprężania gazu i uwalniania spalin.

Mazdy RX-8

Mazda stała się pionierem w produkcja masowa samochody z silnikami obrotowymi. RX-7, który wszedł do sprzedaży w 1978 roku, był prawdopodobnie najbardziej udanym samochodem z napędem obrotowym. Poprzedziło go jednak wiele samochodów osobowych, ciężarówek, a nawet autobusów z napędem rotorowym, począwszy od Cosmo Sport z 1967 roku. Jednakże RX-7 nie jest produkowany od 1995 roku, ale pomysł silnika obrotowego nie umarł.

Mazda RX-8 wyposażona jest w silnik rotacyjny o nazwie RENESIS. Silnik ten został nazwany najlepszy silnik 2003. Jest to silnik wolnossący z podwójnym wirnikiem i wytwarza 250 KM.

Budowa silnika obrotowego

Silnik rotacyjny posiada układ zapłonowy i układ wtrysku paliwa podobny do tych stosowanych w silnikach tłokowych. Konstrukcja silnika rotacyjnego zasadniczo różni się od silnika tłokowego.

Wirnik

Wirnik ma trzy wypukłe boki, z których każda działa jak tłok. Po każdej stronie wirnika znajduje się wgłębienie, które zwiększa prędkość obrotową wirnika, zapewniając więcej miejsca na mieszankę paliwowo-powietrzną.

W górnej części każdej ściany znajduje się metalowa płytka dzieląca przestrzeń na komory. Ściany tych komór tworzą dwa metalowe pierścienie po każdej stronie wirnika.

W środku wirnika znajduje się koło zębate układ wewnętrzny zęby Współpracuje z przekładnią zamontowaną na korpusie. Sprzęgło to wyznacza trajektorię i kierunek obrotu wirnika w obudowie.

Obudowa (stojan)

Ciało ma kształt owalny (dokładniej epitrochoidalny). Kształt komory został zaprojektowany w taki sposób, że trzy wierzchołki wirnika zawsze stykają się ze ścianą komory, tworząc trzy izolowane objętości gazu.

W każdej części ciała zachodzi jeden z procesów spalania wewnętrznego. Przestrzeń obudowy jest podzielona na cztery kreski:

• Wlot
• Kompresja
• Skok mocy
• Uwolnienie

Porty wlotowy i wylotowy znajdują się w obudowie. W portach nie ma zaworów. Port wydechowy jest bezpośrednio podłączony do układu wydechowego, a port wlotowy jest bezpośrednio podłączony do korpusu przepustnicy.

Wał wyjściowy

Wał wyjściowy (zwróć uwagę na krzywki mimośrodowe)

Wał wyjściowy posiada zaokrąglone występy krzywkowe umieszczone mimośrodowo, tj. przesunięty względem osi środkowej. Każdy wirnik jest powiązany z jednym z tych występów. Wał wyjściowy jest analogiczny do wału korbowego w silnikach tłokowych. Gdy wirnik się obraca, popycha krzywki. Ponieważ krzywki są zamontowane asymetrycznie, siła, z jaką wirnik na nią naciska, wytwarza moment obrotowy na wale wyjściowym, powodując jego obrót.

Zespół silnika obrotowego

Silnik obrotowy jest montowany warstwowo. Silnik dwuwirnikowy składa się z pięciu warstw utrzymywanych w miejscu za pomocą długich śrub ułożonych w okrąg. Chłodziwo przechodzi przez wszystkie części konstrukcji.

Dwie najbardziej zewnętrzne warstwy posiadają uszczelki i łożyska wału wyjściowego. Izolują również dwie części obudowy, w których mieszczą się wirniki. Wewnętrzne powierzchnie tych części są gładkie, co zapewnia odpowiednie uszczelnienie wirników. W każdej części zewnętrznej znajduje się otwór wlotowy zasilania.

Część obudowy zawierająca wirnik (zwróć uwagę na położenie otworu wylotowego)

Kolejna warstwa obejmuje owalną obudowę wirnika i króciec wylotowy. W tej części obudowy zamontowany jest wirnik.

W części środkowej znajdują się dwa otwory wlotowe – po jednym dla każdego rotora. Oddziela również wirniki, dzięki czemu powierzchnia wewnętrzna jest gładka.

Pośrodku każdego wirnika znajduje się koło zębate z wewnętrznymi zębami, które obraca się wokół mniejszego koła zębatego zamontowanego na obudowie silnika. Określa drogę obrotu wirnika.

Moc silnika obrotowego

W części środkowej znajduje się otwór wlotowy dla każdego rotora

Podobnie jak silniki tłokowe, obrotowy silnik spalinowy wykorzystuje cykl czterosuwowy. Ale w silniku obrotowym cykl ten przebiega inaczej.

Na jeden pełny obrót wirnika wał mimośrodowy wykonuje trzy obroty.

Głównym elementem silnika rotacyjnego jest wirnik. Działają jak tłoki w konwencjonalnym silniku tłokowym. Wirnik jest zamontowany na dużej okrągłej krzywce na wale wyjściowym. Krzywka jest przesunięta względem środkowej osi wału i działa jak korba, umożliwiając wirnikowi obracanie wału. Obracając się wewnątrz obudowy, wirnik popycha krzywkę po okręgu, obracając ją trzykrotnie w ciągu jednego pełnego obrotu wirnika.

Rozmiar komór utworzonych przez wirnik zmienia się podczas jego obrotu. Ta zmiana rozmiaru zapewnia działanie pompujące. Następnie przyjrzymy się każdemu z czterech suwów silnika obrotowego.

Wlot

Suw wlotowy rozpoczyna się, gdy końcówka wirnika przechodzi przez otwór wlotowy. W momencie przejścia wierzchołka przez otwór wlotowy objętość komory jest bliska minimum. Następnie zwiększa się objętość komory i zasysana jest mieszanka paliwowo-powietrzna.

Gdy wirnik obraca się dalej, komora zostaje odizolowana i rozpoczyna się suw sprężania.

Kompresja

Wraz z dalszym obrotem wirnika objętość komory maleje, a mieszanka paliwowo-powietrzna ulega sprężaniu. Kiedy wirnik przechodzi przez świece zapłonowe, objętość komory jest bliska minimum. W tym momencie następuje zapłon.

Skok mocy

Wiele silników rotacyjnych ma dwie świece zapłonowe. Komora spalania ma dość dużą objętość, więc gdyby była jedna świeca zapłonowa, zapłon następowałby wolniej. Kiedy zapala się mieszanka paliwowo-powietrzna, wytwarzane jest ciśnienie, które powoduje ruch wirnika.

Ciśnienie spalania obraca wirnik w kierunku zwiększania objętości komory. Gazy spalinowe nadal się rozszerzają, wirując wirnik i wytwarzając energię, aż końcówka wirnika przejdzie przez otwór wylotowy.

Uwolnienie

Gdy wirnik przechodzi przez otwór wylotowy, gazy spalinowe pod wysokim ciśnieniem wydostają się do wnętrza system wydechowy. W miarę dalszego obracania się wirnika objętość komory zmniejsza się, wypychając pozostałe gazy spalinowe do otworu wylotowego. Zanim objętość komory osiągnie minimum, końcówka wirnika przechodzi przez otwór wlotowy i cykl się powtarza.

Należy zaznaczyć, że każda z trzech stron wirnika zawsze bierze udział w jednym z suwów cyklu, tj. Na jeden pełny obrót wirnika wykonywane są trzy skoki mocy. Na jeden pełny obrót wirnika wał wyjściowy wykonuje trzy obroty, ponieważ Na jeden obrót wału przypada jeden skok.

Różnice i problemy

W porównaniu z silnikiem tłokowym silnik rotacyjny ma pewne różnice.

Mniej ruchomych części

W przeciwieństwie do silnika tłokowego, silnik rotacyjny wykorzystuje mniej ruchomych części. Silnik dwuwirnikowy składa się z trzech ruchomych części: dwóch wirników i wału wyjściowego. Nawet najprostszy czterocylindrowy silnik ma co najmniej 40 ruchomych części, w tym tłoki, korbowody, wałek rozrządu, zawory, sprężyny zaworowe, wahacze, pasek rozrządu i wał korbowy.

Zmniejszając liczbę ruchomych części, zwiększa się niezawodność silnika rotacyjnego. Z tego powodu niektórzy producenci używają w swoich samolotach silników rotacyjnych zamiast silników tłokowych.

Gładka operacja

Wszystkie części silnika obrotowego obracają się w sposób ciągły w jednym kierunku, zamiast stale zmieniać kierunek, jak tłoki normalny silnik. W silnikach obrotowych zastosowano wyważone przeciwwagi obrotowe w celu tłumienia drgań.

Dostarczanie mocy jest również płynniejsze. Z uwagi na to, że każdy cykl cyklu następuje podczas obrotu wirnika o 90 stopni, a wał wyjściowy wykonuje trzy obroty na każdy obrót wirnika, każdy cykl cyklu następuje podczas obrotu wału wyjściowego o 270 stopni. Oznacza to, że silnik jednowirnikowy dostarcza moc przy 3/4 obrotu wału wyjściowego. W jednocylindrowym silniku tłokowym proces spalania zachodzi przy 180 stopniach co drugiego obrotu, tj. 1/4 każdego obrotu wału korbowego (wał wyjściowy silnika tłokowego).

Powolna praca

Ponieważ wirnik obraca się z 1/3 prędkości wału wyjściowego, główne części ruchome w silniku obrotowym poruszają się wolniej niż w silniku tłokowym. Zapewnia to również niezawodność.

Problemy

Silniki obrotowe mają wiele problemów:

• Kompleksowa produkcja zgodna z normami emisyjnymi.
• Koszty produkcji silników rotacyjnych są wyższe w porównaniu do silników tłokowych, ponieważ liczba wyprodukowanych silników rotacyjnych jest mniejsza.
• Zużycie paliwa w samochodach z silnikami rotacyjnymi jest wyższe w porównaniu do silników tłokowych, ze względu na fakt, że sprawność termodynamiczna jest obniżona ze względu na dużą objętość komory spalania i niski stopień sprężania.

Branża motoryzacyjna stale się rozwija. Nic dziwnego, że pojawiają się alternatywne technologie, które moim zdaniem rzadko pojawiają się w masowej produkcji. Silniki obrotowe można sklasyfikować jako takie.

Ważny! Wynalezienie silnika spalinowego dało szybki impuls rozwojowi przemysłu samochodowego. W rezultacie samochody zaczęły jeździć płynne paliwo i rozpoczęła się era benzyny.

Maszyny z silnikiem rotacyjnym

Silnik z tłokiem obrotowym został wynaleziony przez firmę NSU. Twórcą urządzenia był Walter Freude. Niemniej jednak to urządzenie w kręgach naukowych nosi imię innego naukowca, a mianowicie Wankla.

Faktem jest, że nad tym projektem pracował duet inżynierów. Ale główna rola w tworzeniu urządzenia przypadła Freudowi. Pracując nad technologią wirników, Wankel pracował nad innym projektem, który nie powiódł się.

Niemniej jednak, w wyniku zakulisowych gier, wszyscy znamy teraz to urządzenie jako silnik rotacyjny Wankla. Pierwszy działający model zmontowano w 1957 roku. Pierwszym samochodem testowym był NSU Spider. W tym czasie udało mu się osiągnąć prędkość stu pięćdziesięciu kilometrów. Moc silnika Spidera wynosiła 57 KM. Z.

Spider z silnikiem obrotowym produkowany był od 1964 do 1967 roku. Ale nigdy nie stało się to powszechne. Niemniej jednak producenci samochodów nie zrezygnowali z tej technologii. Co więcej, wypuścili kolejny model - NSU Ro-80, który stał się prawdziwym przełomem. Właściwy marketing odegrał dużą rolę.

Zwróć uwagę na tytuł. Zawiera już informację, że maszyna jest wyposażona w silnik rotacyjny. Być może efektem tego sukcesu była instalacja tych silników w tak znanych samochodach jak:

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

Największą popularność silniki rotacyjne zyskały w Krainie Kwitnącej Wiśni. Japońska firma Mazda zdecydowała się na ryzykowny jak na tamte czasy krok i rozpoczęła produkcję samochodów wykorzystujących tę technologię.

Pierwszym znakiem Mazdy był samochód Cosmo Sport. Nie można powiedzieć, że zyskała ogromną popularność, ale znalazła swoich odbiorców. Był to jednak dopiero pierwszy krok w kierunku wprowadzenia na rynek silników rotacyjnych. Rynek japoński, a wkrótce na arenie światowej.

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

W ramach tej serii wypuszczono kilka legendarnych modeli, w tym Mazdę RX-7. Powiedzieć, że ta maszyna z silnikiem obrotowym była popularna, byłoby milczeniem. Od tego zaczynały miliony fanów wyścigów ulicznych. Przy stosunkowo niskiej cenie miał niesamowite specyfikacje:

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

Samochód to prawdziwe dzieło sztuki, jest lekki i zwrotny, a jego silnik jest godny podziwu. Dzięki cechom opisanym powyżej ma objętość zaledwie 1,3 litra. Posiada dwie sekcje, a napięcie robocze wynosi 13V.

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

Niestety, Najnowszy model ta seria została wydana w 2008 roku. Mazda RX8 uzupełnia legendarną linię. Właściwie w tym miejscu historię silnika rotacyjnego w masowej produkcji można uznać za zakończoną.

Zasada działania

Wiele eksperci motoryzacyjni Uważają, że konstrukcję konwencjonalnego aparatu tłokowego należy pozostawić w odległej przeszłości. Niemniej jednak miliony samochodów wymagają godnego zamiennika, czy może to być silnik rotacyjny, zastanówmy się.

Zasada działania silnika rotacyjnego opiera się na ciśnieniu powstającym podczas spalania paliwa. Główną częścią konstrukcji jest wirnik, który odpowiada za tworzenie ruchów o wymaganej częstotliwości. W rezultacie energia przekazywana jest do sprzęgła. Wirnik wypycha go na zewnątrz, przenosząc go na koła.

Wirnik ma kształt trójkąta. Materiał konstrukcyjny to stal stopowa. Część znajduje się w owalnej obudowie, w której tak naprawdę zachodzi obrót, a także szereg procesów ważnych dla wytwarzania energii:

• kompresja mieszanki
• wtrysk paliwa,
• tworząc iskrę,
• Zapas tlenu,
• odprowadzanie surowców odpadowych.

Główną cechą konstrukcji silnika obrotowego jest to, że wirnik ma niezwykle nietypowy wzór ruchu. Efektem tego rozwiązania konstrukcyjnego są trzy całkowicie odizolowane od siebie ogniwa.

Uwaga! W każdej komórce zachodzi pewien proces.

Pierwsza komórka otrzymuje mieszankę paliwowo-powietrzną. Mieszanie zachodzi we wnęce. Następnie rotor przenosi powstałą substancję do następnej komory. W tym miejscu następuje kompresja i zapłon.

Trzecia komórka usuwa zużyte paliwo. Skoordynowana praca trzech przedziałów daje właśnie niesamowite osiągi, które zostały zademonstrowane na przykładzie samochodów z serii RX.

Ale główna tajemnica urządzenia kryje się w czymś zupełnie innym. Faktem jest, że procesy te nie zachodzą jeden po drugim, zachodzą natychmiast. W rezultacie trzy uderzenia przechodzą w ciągu jednego obrotu.

Powyżej znajdował się schemat działania podstawowego silnika obrotowego. Wielu producentów próbuje ulepszyć technologię, aby osiągnąć większą produktywność. Niektórzy odnoszą sukces, inni ponoszą porażkę.

Japońskim inżynierom udało się osiągnąć sukces. Wspomniane już powyżej silniki Mazdy mają aż trzy wirniki. Możesz sobie wyobrazić, jak bardzo wzrośnie produktywność w tym przypadku.

Przynieśmy jasny przykład. Weźmy zwykły silnik RPD z dwoma wirnikami i znajdźmy najbliższy analog - sześciocylindrowy silnik spalinowy. Jeśli do projektu dodamy kolejny wirnik, różnica będzie całkowicie kolosalna - 12 cylindrów.

Rodzaje silników obrotowych

Wiele firm motoryzacyjnych zajęło się produkcją silników rotacyjnych. Nic dziwnego, że stworzono wiele modyfikacji, z których każda ma swoją własną charakterystykę:

1. Silnik obrotowy o ruchu wielokierunkowym. Wirnik tutaj nie obraca się, ale wydaje się obracać wokół własnej osi. Proces sprężania zachodzi pomiędzy łopatkami silnika.
2. Pulsacyjno-obrotowy silnik obrotowy. Wewnątrz obudowy znajdują się dwa rotory. Kompresja zachodzi pomiędzy łopatkami tych dwóch elementów w miarę ich zbliżania się i oddalania.
3. Silnik obrotowy z klapą uszczelniającą - ten projekt jest nadal szeroko stosowany w silnikach pneumatycznych. W przypadku rotacyjnych silników spalinowych komora, w której następuje zapłon, została znacznie przeprojektowana.
4. Silnik obrotowy pracujący na skutek ruchów obrotowych. Uważa się, że ten konkretny projekt jest najbardziej zaawansowany technicznie. Nie ma części wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne. Dlatego silniki rotacyjne tego typu z łatwością osiągają 10 000 obr / min.
5. Planetarny silnik obrotowy to pierwsza modyfikacja wymyślona przez dwóch inżynierów.

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

Zalety i wady silnika rotacyjnego

Jak widać, silniki rotacyjne cieszyły się kiedyś pewną popularnością. Co więcej, rzeczywiście legendarne samochody były wyposażone w silniki tej klasy. Aby zrozumieć, dlaczego to urządzenie zostało zainstalowane w zaawansowanych modelach Japońskie samochody, musisz znać wszystkie jego zalety i wady.

Zalety

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

1. Zwiększona kompaktowa konstrukcja.
2. Lekka.
3. RPD jest dobrze wyważony i wytwarza minimum wibracji podczas pracy.
4. Liczba części zamiennych w silniku jest o rząd wielkości mniejsza niż w jego tłokowym odpowiedniku.
5. RPD ma wysokie właściwości dynamiczne

Najważniejszą zaletą RPD jest duża gęstość mocy. Samochód z silnikiem rotacyjnym może rozpędzić się do 100 kilometrów bez przełączania wysokie biegi przy zachowaniu dużej liczby obrotów.

Ważny! Zastosowanie silnika rotacyjnego pozwala na zwiększenie stabilności pojazdu na drodze dzięki idealnemu rozkładowi masy.

Wady

Teraz czas dowiedzieć się więcej, dlaczego pomimo wszystkich zalet większość producentów zaprzestała instalowania silników rotacyjnych w swoich samochodach. Wady RPD obejmują:

1. Zwiększone zużycie paliwa podczas jazdy przy niskich prędkościach. W samochodach najbardziej wymagających zasobów może osiągnąć 20-25 litrów na 100 kilometrów.
2. Trudne w produkcji. Na pierwszy rzut oka konstrukcja silnika rotacyjnego jest znacznie prostsza niż konstrukcja silnika tłokowego. Ale diabeł tkwi w szczegółach. Są niezwykle trudne do wykonania. Dokładność geometryczna każdej części zamiennej musi być na idealnym poziomie, w przeciwnym razie wirnik nie będzie w stanie przejść krzywej epitrochoidalnej z właściwym wynikiem. RPD wymaga do swojej produkcji bardzo precyzyjnego sprzętu, co kosztuje dużo pieniędzy.
3. Silnik rotacyjny często się przegrzewa. Wynika to z nietypowej konstrukcji komory spalania. Niestety, nawet po wielu latach inżynierom nie udało się naprawić tej wady. Nadmiar energii powstający podczas spalania paliwa podgrzewa cylinder. To znacznie zużywa silnik i skraca jego żywotność.
4. Ponadto silnik rotacyjny cierpi na spadki ciśnienia. Skutkiem tego efektu jest szybkie zużycie uszczelek. Żywotność jednego dobrze zmontowanego RPD wynosi od 100 do 150 tysięcy kilometrów. Po przekroczeniu tego kamienia milowego nie da się już obejść bez większych napraw.
5. Skomplikowana procedura wymiany oleju. Zużycie oleju przez silnik rotacyjny na 1000 kilometrów wynosi 600 mililitrów. Aby zapewnić odpowiednie smarowanie części, olej należy wymieniać co 5000 km. Jeśli nie zostanie to zrobione, bardzo prawdopodobne jest poważne uszkodzenie kluczowych elementów urządzenia.

Jak widać, pomimo wybitnych zalet, RPD ma szereg istotnych wad. Jednak działy projektowe wiodących firm motoryzacyjnych wciąż próbują unowocześnić tę technologię i kto wie, może pewnego dnia im się to uda.

Wyniki

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