Silnik obrotowy: zasada działania. Plusy i minusy silnika rotacyjnego

Wraz z wynalezieniem silnika o spalaniu wewnętrznym postępy w rozwoju przemysłu motoryzacyjnego znacznie się rozwinęły. Pomimo tego, że ogólna struktura silnika spalinowego pozostała niezmieniona, jednostki te są stale ulepszane. Wraz z tymi silnikami pojawiły się bardziej progresywne jednostki typu obrotowego. Ale dlaczego nie otrzymali szerokiej dystrybucji w świecie motoryzacyjnym? Odpowiedź na to pytanie rozważymy w artykule.

Historia jednostki

Silnik obrotowy został zaprojektowany i przetestowany przez twórców Felixa Wankla i Waltera Freude'a w 1957 roku. Pierwszym samochodem, na którym zainstalowano to urządzenie, był sportowy samochód NSU Spider. Badania wykazały, że przy mocy silnika wynoszącej 57 koni mechanicznych, ten samochód miał zdolność przyspieszania do imponującego 150 kilometrów na godzinę. Produkcja samochodów Spider z 57-konnym silnikiem obrotowym trwała około 3 lat.

Po tym ten typ Silniki zaczęły wyposażyć samochód NSU Ro-80. Następnie silniki rotacyjne zostały zainstalowane w Citroens, Mercedes, VAZ i Chevrolet.

Jednym z najczęstszych samochodów z silnikiem rotacyjnym jest japoński samochód sportowy Mazdy modelu Cosmo Sport. Również Japończycy zaczęli wyposażać ten model silnika RX. Zasada działania silnika wirnika ("Mazda" RX) polegała na stałym obrocie wirnika wraz ze zmianą cykli roboczych. Ale o tym później.

Obecnie japoński producent samochodów nie zajmuje się seryjną produkcją samochodów z silnikami rotacyjnymi. Najnowszym modelem, na którym umieszczono taki silnik, była Mazda RX8 Spirit R. Jednak w 2012 r. Produkcja tej wersji samochodu została przerwana.

Urządzenie i zasada działania

Jaki silnik rotacyjny ma? Ten typ silników charakteryzuje się czterosuwowym cyklem działania, a także klasycznym silnikiem spalinowym. Jednak zasada działania silnika z tłokiem obrotowym jest nieco inna niż w przypadku konwencjonalnych silników tłokowych.

Jaka jest główna cecha tego silnika? Silnik obrotowy Stirlinga ma w swojej konstrukcji nie 2, nie 4, a nie 8 tłoków, ale tylko jeden. Nazywa się wirnikiem. Ten element obraca się w cylindrze o specjalnym kształcie. Wirnik jest zamontowany na wale i podłączony do koło zębate. Ten ostatni ma sprzęgło zębate z rozrusznikiem. Obrót elementu następuje na krzywej epitrochoidalnej. To znaczy, że łopaty wirnika naprzemiennie zachodzą na komorę cylindra. W tym ostatnim znajduje się spalanie paliwa. Zasada działania silnika obrotowego (w tym Mazdy Cosmo Sport) polega na tym, że w jednym ruchu mechanizm popycha trzy płaty twardych kół. Podczas gdy część obraca się w obudowie, trzy przedziały wewnątrz zmieniają swój rozmiar. Ze względu na zmianę wielkości w komorach powstaje pewna presja.

Fazy ​​pracy

Jak działa silnik obrotowy? Zasada działania (obrazki GIF i schemat RAP, patrz poniżej) tego silnika jest następujący. Działanie silnika składa się z czterech powtarzających się cykli, a mianowicie:

1. Dopływ paliwa. To jest pierwsza faza silnika. Występuje w momencie, gdy szczyt wirnika znajduje się na poziomie otworu zasilającego. Kiedy kamera jest otwarta na główną komorę, jej objętość zbliża się do minimum. Gdy rotor obraca się obok niego, mieszanina paliwowo-powietrzna wchodzi do przedziału. Następnie kamera ponownie się zamyka.
2. Kompresja . Gdy wirnik kontynuuje ruch, przestrzeń w komorze zmniejsza się. W ten sposób mieszanina powietrza i paliwa jest skompresowana. Jak tylko mechanizm przejdzie przez przedział świecy zapłonowej, objętość komory znowu 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 świeca zapala palną mieszankę, poziom ciśnienia wewnątrz zwiększa się dziesięciokrotnie. W ten sposób wirnik jest ponownie napędzany. Następnie ciśnienie w komorze i ilość gazów nadal rośnie. W tym momencie ruch wirnika i tworzenie momentu obrotowego. Trwa to dopóki mechanizm nie przejdzie przez sekcję wylotową.
4. Uwolnienie gazów. Kiedy wirnik przejdzie przez ten przedział, gaz pod nim wysokie ciśnienie zaczyna poruszać się swobodnie w rurze wydechowej. W takim przypadku ruch mechanizmu nie zatrzymuje się. Rotor obraca się równomiernie, aż objętość komory spalania spadnie do minimum. Do tego czasu pozostała ilość spalin zostanie wyciśnięta z silnika.

To jest dokładnie zasada silnika obrotowego. VAZ-2108, który również został zamontowany jako RPD, podobnie jak japońska "Mazda", wyróżniała się cichą pracą silnika i wysoką dynamiką. Ale w seryjnej produkcji ta modyfikacja nigdy nie została uruchomiona. Dowiedzieliśmy się, jaki rodzaj silnika obrotowego ma zasadę działania.

Wady i zalety

Nic dziwnego, że ten silnik przyciągnął uwagę tak wielu producentów samochodów. Jego specjalna zasada działania i konstrukcji ma wiele zalet w porównaniu z innymi typami ICE.

Co zatem ma silnik rotacyjny z zaletami i wadami? Zacznijmy od wyraźnych zalet. Po pierwsze, silnik obrotowy ma najbardziej zrównoważoną konstrukcję, a zatem praktycznie nie powoduje wysokich wibracji podczas pracy. Po drugie, ten silnik ma mniejszą wagę i większą zwartość, a zatem jego instalacja jest szczególnie ważna dla producentów samochodów sportowych. Ponadto niska waga jednostki umożliwiła projektantom osiągnięcie idealnego rozkładu ciężaru wzdłuż osi. Dzięki temu samochód z tym silnikiem stał się bardziej stabilny i zwrotny na drodze.

I, oczywiście, projekt przestrzeni. Pomimo tej samej liczby cykli pracy, urządzenie tego silnika jest znacznie prostsze niż jego odpowiednik. Aby stworzyć silnik obrotowy, wymagana jest minimalna liczba węzłów i mechanizmów.

Jednak główna karta atutowa tego silnika nie ma masowych i niskich wibracji, ale jest wysoka. Ze względu na specjalną zasadę działania, silnik obrotowy miał dużą moc i wydajność.

Teraz o wadach. Okazały się czymś więcej niż korzyściami. Głównym powodem, dla którego producenci odmówili zakupu takich silników, było ich wysokie zużycie paliwa. Średnio sto kilometrów takiej jednostki wydało do 20 litrów paliwa, a to, jak widzicie, znaczny wydatek według dzisiejszych standardów.

Złożoność produkcji części

Ponadto warto zwrócić uwagę na wysokie koszty produkcji części tego silnika, co tłumaczy złożoność produkcji wirnika. Aby mechanizm ten poprawnie przechodził przez krzywą epitrochoidalną, potrzebna jest wysoka dokładność geometryczna (w tym dla cylindra). Dlatego przy produkcji silników obrotowych nie da się obejść bez wyspecjalizowanego drogiego sprzętu i specjalnej wiedzy w dziedzinie techniki. W związku z tym wszystkie te koszty są określone z wyprzedzeniem w cenie samochodu.

Przegrzanie i duże obciążenia

Również ze względu na specjalną konstrukcję urządzenie to często ulegało przegrzewaniu. Cały problem polegał na soczewkowym kształcie komory spalania. Natomiast klasyczne ICE mają konstrukcję komory sferycznej. Paliwo, które pali się w mechanizmie soczewkowym, zamienia się w energię cieplną, która jest zużywana nie tylko na suw pracy, ale również na ogrzewanie samego cylindra. Na koniec częste "wrzenie" urządzenia prowadzi do szybkiego zużycia i awarii.

Zasób

Nie tylko butla odczuwa duże obciążenia. Badania wykazały, że podczas pracy wirnika znaczna część obciążenia spada na uszczelki znajdujące się między dyszami mechanizmów. Są one poddawane stałemu spadkowi ciśnienia, ponieważ maksymalny zasób silnika wynosi nie więcej niż 100-150 tysięcy kilometrów. Następnie silnik wymaga gruntownego remontu, którego koszt jest czasem równoznaczny z zakupem nowego urządzenia.

Zużycie oleju

Również silnik obrotowy jest bardzo wymagający do konserwacji. Zużycie oleju od niego wynosi ponad 500 mililitrów na tysiąc kilometrów, co sprawia, że ​​płyn wylewający się co 4-5 tysięcy kilometrów. Jeśli nie dokonasz wymiany na czas, silnik po prostu zawiedzie. Oznacza to, że kwestia obsługi silnika obrotowego musi być podchodzona w sposób bardziej odpowiedzialny, w przeciwnym razie najmniejszy błąd jest obarczony kosztowną naprawą jednostki.

Odmiany

Obecnie istnieje pięć rodzajów tego typu jednostek:

1. Silniki obrotowe z ruch posuwisty wałek.
2. Z równomiernym obrotem wału. Jednocześnie w swojej konstrukcji nie używa żadnych mechanizmów uszczelniających. Umiejscowienie komór spalania w sposób spiralny.
3. Jednostki z ruchem pulsacyjno-obrotowym, skierowane w 1 kierunku.
4. Z planetarnym obrotem wału, bez elementów uszczelniających. Żywym tego przykładem jest silnik Wankla.
5. RAP z równomierną pracą elementów roboczych i spiralnym układem komór spalania.

Silnik obrotowy (VAZ-21018-2108)

Historia powstania obrotowych silników spalinowych VAZ sięga 1974 roku. Wtedy powstało pierwsze biuro projektowe RPD. Jednak pierwszy silnik opracowany przez naszych inżynierów miał podobną konstrukcję do silnika Wankla, który był wyposażony w importowane sedany NSU Ro80. Radziecki odpowiednik został nazwany VAZ-311. To pierwszy radziecki silnik obrotowy. Zasada działania na samochody VAZ tego silnika ma ten sam algorytm działania Wankla RPD.

Pierwszym samochodem, w którym zaczęto instalować te silniki była modyfikacja VAZ 21018. Samochód praktycznie nie różnił się od swojego "przodka" - model 2101 - z wyjątkiem używanego silnika. Pod maską znajdował się jednoczęściowy RPD o mocy 70 koni mechanicznych. Jednak w wyniku badań wszystkich 50 modeli modeli stwierdzono liczne awarie silników, które zmusiły fabrykę Volzhsky'ego do rezygnacji z używania tego typu silnika w swoich samochodach przez następne kilka lat.

Główną przyczyną nieprawidłowego działania krajowego RPD były niewiarygodne plomby. Radzieccy projektanci postanowili jednak ocalić ten projekt, przedstawiając światu nowy 2-sekcyjny silnik obrotowy VAZ-411. Następnie opracowano silnik marki VAZ-413. Ich główną różnicą była władza. Pierwszy egzemplarz rozwinął się do 120 koni mechanicznych, drugi - około 140. Jednak jednostki te nie weszły ponownie do serii. Zakład postanowił umieścić je tylko na oficjalnych samochodach używanych w policji drogowej i KGB.

Silniki do lotnictwa, "ósemki" i "dziewiątki"

W kolejnych latach programiści próbowali stworzyć silnik obrotowy dla krajowych małych samolotów, ale wszystkie próby zakończyły się niepowodzeniem. W rezultacie, projektanci ponownie zaczęli opracowywać silniki do samochodów osobowych (obecnie napęd na przednie koła) VAZ z serii 8 i 9. W przeciwieństwie do swoich poprzedników, nowo opracowane silniki VAZ-414 i 415 były uniwersalne i mogły być stosowane w modelach Volga i Moskvich z napędem na tylne koła. i tak dalej.

Charakterystyka RPD VAZ-414

Po raz pierwszy silnik ten pojawił się w "dziewiątkach" dopiero w 1992 roku. W porównaniu ze swoimi "przodkami", ten silnik miał następujące zalety:

• Wysoka gęstość mocy, która pozwoliła samochodowi wybrać "setkę" w zaledwie 8-9 sekund.
• Wysoka wydajność. Z jednego litra spalonego paliwa można było uzyskać do 110 KM mocy (i to bez żadnego forsowania i dodatkowych średnica cylindra).
• Duży potencjał do zwiększenia. Dzięki odpowiedniemu tuningowi możliwe było zwiększenie mocy silnika o kilkadziesiąt koni mechanicznych.
• Szybki silnik. Ten silnik mógł pracować nawet przy 10 000 obr./min. Pod takimi obciążeniami mógłby działać tylko silnik obrotowy. Zasada działania klasycznych silników spalinowych nie pozwala im działać przez długi czas przy dużych prędkościach.
• Stosunkowo niskie zużycie paliwa. Jeśli poprzednie kopie "zjadły" około "18-20 litrów paliwa" dla "stu", to ta jednostka zużywała tylko 14-15 w przeciętnym trybie działania.

Obecna sytuacja z RPD w fabryce samochodów Wołżski

Wszystkie powyższe silniki nie zyskały dużej popularności, a wkrótce ich produkcja została zminimalizowana. W przyszłości Zakład samochodowy w Wołdze nie planuje ożywić rozwoju silników rotacyjnych. Tak więc RPD VAZ-414 pozostanie zmiętym kawałkiem papieru w historii inżynierii krajowej.

Dowiedzieliśmy się, jaki rodzaj silnika obrotowego ma zasadę działania i urządzenie.