Ротационен двигател: принцип на работа. Плюсове и минуси на ротационен двигател

С изобретяването на двигателя с вътрешно горене напредъкът в развитието на автомобилната индустрия напредва много напред. Въпреки факта, че общата структура на двигателя с вътрешно горене остава същата, тези единици се подобряват постоянно. Наред с тези мотори се появиха по-прогресивни единици от ротационен тип. Но защо не са получили широко разпространение в автомобилния свят? Отговорът на този въпрос ще разгледаме в статията.

История на единицата

Ротационният двигател е проектиран и тестван от разработчиците Феликс Ванкел и Валтер Фройд през 1957 година. Първият автомобил, на който е монтиран този уред, е спортната кола NSU Spider. Проучванията показват, че с мощност на двигателя от 57 конски сили тази кола е имала способността да ускорява до невероятни 150 километра в час. Производството на Spider автомобили с 57-конски двигател е продължило около 3 години.

След това този тип двигатели започнаха да оборудват колата NSU Ro-80. Впоследствие ротационните двигатели бяха монтирани на Citroen, Mercedes, VAZ и Chevrolet.

Един от най-разпространените автомобили с ротационен двигател е японската спортна кола Mazda на модела Cosmo Sport. Също така, японците започнаха да оборудват този модел мотор RX. Принципът на работа на роторния двигател ("Mazda" RX) се състои в постоянното въртене на ротора при смяна на работните цикли. Но повече за това по-късно.

В момента японският автомобилен производител не се занимава със серийно производство на автомобили с ротационни двигатели. Последният модел, на който е пуснат такъв двигател, е Mazda RX8 на Spirit R. Въпреки това, през 2012 г. производството на тази версия на автомобила е прекратено.

Устройство и принцип на работа

Какъв ротационен двигател има? Този тип двигатели се отличават с 4-тактов цикъл на действие, както и с класически двигател с вътрешно горене. Принципът на работа на роторно-буталния двигател обаче е малко по-различен от този на конвенционалните бутални двигатели.

Каква е основната характеристика на този двигател? Ротационният двигател на Стърлинг има в своя дизайн не 2, не 4 и не 8 бутала, а само един. Нарича се ротор. Този елемент се върти в специален цилиндър. Роторът е монтиран на вала и е свързан към него зъбно колело. Последният има зъбна предавка със стартер. Въртенето на елемента се извършва по епитрохоидалната крива. Това означава, че лопатките на ротора редуват припокриване на цилиндричната камера. В последното има изгаряне на гориво. Принципът на работа на ротационния двигател (включително Mazda Cosmo Sport) се състои в това, че с едно завъртане механизмът тласка три лопасти на твърди кръгове. Докато частта се върти в корпуса, трите отделения вътре променят размера си. Поради промяната на размерите в камерите се създава определено налягане.

Фази на работа

Как работи въртящият се двигател? Принципът на действие (gif-изображения и схемата на RAP, можете да видите по-долу) на този двигател е както следва. Работата на двигателя се състои от четири повтарящи се цикъла, а именно:

1. Подаване на гориво. Това е първата фаза на двигателя. Това се случва в момента, когато горната част на ротора е на нивото на отвора за подаване. Когато камерата е отворена към основното отделение, нейният обем се приближава до минимума. Веднага след като роторът се върти покрай него, сместа гориво-въздух влиза в отделението. След това камерата отново се затваря.
2. Компресия . Когато роторът продължи своето движение, пространството в отделението намалява. По този начин сместа от въздух и гориво се компресира. Веднага след като механизмът преминава през отделението на свещта, обемът на камерата отново намалява. В този момент сместа се запалва.
3. Запалване . Често ротационният двигател (включително ВАЗ-21018) има няколко свещи. Това се дължи на голямата дължина на горивната камера. Веднага след като свещта запали горивната смес, налягането във вътрешността се увеличава десетократно. Така роторът отново се задвижва. След това налягането в камерата и количеството газове продължават да нарастват. В този момент, движението на ротора и създаването на въртящ момент. Това продължава, докато механизмът премине изпускателната секция.
4. Освобождаване на газове. Когато роторът преминава през това отделение, газът под високо налягане започва да се движи свободно в изпускателната тръба. В този случай движението на механизма не спира. Роторът се върти постоянно, докато обемът на горивната камера отново падне до минимум. По това време оставащото количество отработени газове ще бъде изтласкано от двигателя.

Това е точно принципът на ротационния двигател. ВАЗ-2108, който също беше монтиран на RPD, подобно на японската "Mazda", се отличаваше с тиха работа на двигателя и висока динамична производителност. Но в серийното производство тази модификация никога не беше пусната. Така открихме какъв ротационен двигател има принципа на работа.

Недостатъци и предимства

Нищо чудно, че този мотор е привлякъл вниманието на толкова много автопроизводители. Неговият специален принцип на работа и дизайн имат редица предимства в сравнение с други видове ДВГ.

И така, какво прави един ротационен двигател за и против? Да започнем с ясни предимства. Първо, ротационният двигател има най-балансиран дизайн и поради това практически не причинява високи вибрации по време на работа. На второ място, този двигател има по-лека маса и по-голяма компактност, поради което монтирането му е особено важно за производителите на спортни автомобили. Освен това, ниското тегло на устройството дава възможност на дизайнерите да постигнат перфектно разпределение на теглото по осите. По този начин, колата с този двигател стана по-стабилна и маневрена на пътя.

И, разбира се, космически дизайн. Въпреки същия брой цикли на работа, устройството на този двигател е много по-просто от това на буталния еквивалент. За да се създаде ротационен двигател е необходим минимален брой възли и механизми.

Въпреки това, основният коз на този двигател не е в маса и ниски вибрации, а в висока ефективност. Благодарение на специалния принцип на работа, роторният двигател има голяма мощност и ефективност.

Сега за недостатъците. Те се оказаха много повече от ползите. Основната причина, поради която производителите отказват да купуват такива двигатели, е високата им консумация на гориво. Средно на сто километра от такава единица бяха изразходвани до 20 литра гориво, а това, разбирате ли, е значителен разход от днешните стандарти.

Сложността на производството на части

В допълнение, заслужава да се отбележи високата цена на производството на части от този двигател, което се обяснява с сложността на производството на ротора. За да може този механизъм да премине правилно епитрохоидалната крива, е необходима висока геометрична точност (включително за цилиндъра). Следователно при производството на ротационни двигатели е невъзможно без специализирано скъпо оборудване и специални знания в техническата област. Съответно, всички тези разходи са изложени предварително в цената на автомобила.

Прегряване и високи натоварвания

Също така, поради специалния дизайн, тази единица често е била обект на прегряване. Целият проблем беше лентикулярната форма на горивната камера. За разлика от тях, класическите ICE имат сферична конструкция. Горивото, което гори в лещовиден механизъм, се преобразува в топлинна енергия, която се изразходва не само за работния ход, но и за нагряването на самия цилиндър. В крайна сметка, честото "кипене" на блока води до бързо износване и повреда.

средство

Не само цилиндърът има тежки натоварвания. Проучванията показват, че по време на работа на ротора, значителна част от товара пада върху уплътненията, разположени между дюзите на механизмите. Те са обект на постоянен спад на налягането, защото максималният ресурс на двигателя е не повече от 100-150 хиляди километра. След това моторът изисква основен ремонт, чиято цена понякога е еквивалентна на закупуването на нова единица.

Консумация на масло

Също така, въртящият се двигател е много труден за поддръжка. Потреблението на масло от него е повече от 500 милилитра на хиляда километра, което прави изливането на течност на всеки 4-5 хиляди километра. Ако не направите подмяна навреме, моторът просто се проваля. Това означава, че въпросът за обслужването на ротационния двигател трябва да се подхожда по-отговорно, в противен случай най-малката грешка е изпълнена със скъп ремонт на уреда.

вид

Към момента има пет вида тези типове единици:

1. Ротационни двигатели с възвратно-постъпателно движение вал.
2. С равномерно въртене на вала. В същото време в неговия дизайн не се използват никакви уплътнителни механизми. Местоположението на горивните камери са спираловидни.
3. Единици с пулсиращо-въртящо се движение, насочени в една посока.
4. С планетарно въртене на вала, без уплътнителни елементи. Ярък пример за това е двигателят на Ванкел.
5. RAP с еднообразна работа на работните елементи и спирален тип подреждане на горивните камери.

Ротационен двигател (ВАЗ-21018-2108)

Историята на създаването на ротационни двигатели с вътрешно горене на ВАЗ датира от 1974 година. Тогава бе създадено първото бюро за проектиране на RPD. Въпреки това, първият двигател, разработен от нашите инженери, имаше подобен дизайн на двигателя на Wankel, който беше оборудван с вносните NSU Ro80 седани. Съветският аналог е наречен ВАЗ-311. Това е първият съветски ротационен двигател. Принципът на работа на автомобили ВАЗ на този двигател има същия алгоритъм на действие на Wankel RPD.

Първата кола, на която започнаха да инсталират тези двигатели, беше модификацията на ВАЗ 21018. Колата практически не се различаваше от своя “предшественик” - модел 2101 - с изключение на използвания двигател. Под предния капак имаше едносекционен RPD с капацитет 70 конски сили. Въпреки това, в резултат на проучване на всичките 50 модела модели, бяха открити многобройни повреди на двигателите, които принудиха Волжския завод да се откаже от използването на този тип двигатели в техните автомобили през следващите няколко години.

Основната причина за неправилното функциониране на вътрешното РПУ е ненадеждни пломби. Въпреки това, съветските дизайнери решиха да спасят този проект, представяйки на света нов 2-секционен ротационен двигател ВАЗ-411. Впоследствие, двигателят е разработен марка ВАЗ-413. Основните им различия бяха в сила. Първото копие се развива до 120 конски сили, а второто - около 140. Обаче тези единици отново не са влезли в серията. Заводът реши да ги постави само на официални автомобили, използвани в КАТ и КГБ.

Двигатели за авиация, "осмици" и "деветки"

През следващите години, разработчиците се опитаха да създадат ротационен двигател за малките вътрешни самолети, но всички опити бяха неуспешни. В резултат на това дизайнерите отново започнаха да разработват двигатели за леки автомобили (сега предно задвижване) ВАЗ серии 8 и 9. За разлика от предшествениците си, новоразработените двигатели ВАЗ-414 и 415 бяха универсални и можеха да се използват на модели на Волга и Москвич за задно предаване. и така нататък.

Характеристики на РПУ ВАЗ-414

За първи път този двигател се появява на „деветките“ едва през 1992 година. В сравнение със своите "предци" този двигател има следните предимства:

• Висока плътност на мощността, която позволи на колата да набере "сто" само за 8-9 секунди.
• Висока ефективност. От един литър изгоряло гориво беше възможно да се получи до 110 конски сили на мощност (и това без никакви принудителни и допълнителни цилиндричен цилиндър).
• Голям потенциал за стимулиране. С правилната настройка е възможно да се увеличи мощността на двигателя с няколко десетки конски сили.
• Високоскоростен двигател. Този двигател е в състояние да работи дори и при 10 000 оборота в минута. При такива товари може да работи само ротационен двигател. Принципът на работа на класическите двигатели с вътрешно горене не им позволява да работят дълго време при високи скорости.
• Сравнително нисък разход на гориво. Ако предишните копия „изядоха“ около „18-20 литра гориво“ за „сто”, то тогава тази единица консумира само 14-15 в средния режим на работа.

Сегашната ситуация с RPD на Волжския автомобилен завод

Всички гореспоменати двигатели не получиха голяма популярност и скоро продукцията им беше сведена до минимум. В бъдеще автомобилният завод в Волга няма планове да съживи развитието на ротационни двигатели. Така RPD на ВАЗ-414 ще остане смачкан лист хартия в историята на вътрешното инженерство.

Така открихме какъв ротационен двигател има принципа на работа и устройство.