Rotacijski motor: princip delovanja. Prednosti in slabosti rotacijskega motorja

Kazalo:

Rotacijski motor: princip delovanja. Prednosti in slabosti rotacijskega motorja
Rotacijski motor: princip delovanja. Prednosti in slabosti rotacijskega motorja
Anonim

Z izumom motorja z notranjim izgorevanjem je napredek v razvoju avtomobilske industrije stopil daleč naprej. Kljub dejstvu, da je splošna struktura motorja z notranjim zgorevanjem ostala enaka, so se te enote nenehno izboljševale. Skupaj s temi motorji so se pojavile bolj progresivne rotacijske enote. Zakaj pa niso postali razširjeni v avtomobilskem svetu? Odgovor na to vprašanje bomo obravnavali v članku.

Zgodovina nastanka agregata

Rotacijski motor sta oblikovala in preizkusila razvijalca Felix Wankel in W alter Freude leta 1957. Prvi avtomobil, na katerega je bila nameščena ta enota, je bil športni avtomobil NSU Spyder. Študije so pokazale, da je ta avtomobil z močjo motorja 57 konjskih moči lahko pospešil do ogromnih 150 kilometrov na uro. Proizvodnja avtomobilov "Spider", opremljenih z rotacijskim motorjem s 57 konjskimi močmi, je trajala približno 3 leta.

princip delovanja rotacijskega motorja
princip delovanja rotacijskega motorja

Potem je ta tip motorja začel opremljati avtomobil NSU Ro-80. Pozneje so rotacijske motorje vgrajevali v Citroene, Mercedese, VAZe in Chevrolete.

Eden najpogostejših avtomobilov z rotacijskim motorjem je japonski športni avtomobil Mazda Cosmo Sport. Tudi Japonci so s tem motorjem začeli opremljati model RX. Načelo delovanja rotacijskega motorja (Mazda RX) je bilo nenehno vrtenje rotorja s spremembo delovnih ciklov. Toda več o tem kasneje.

Trenutno se japonski proizvajalec avtomobilov ne ukvarja s serijsko proizvodnjo avtomobilov z rotacijskimi motorji. Zadnji model, na katerem je bil nameščen tak motor, je bila Mazda RX8 modifikacije Spirit R. Vendar pa je bila leta 2012 proizvodnja te različice avtomobila prekinjena.

Zasnova in princip delovanja

Kakšen je princip delovanja rotacijskega motorja? Ta tip motorja odlikuje 4-taktni cikel delovanja, kot pri klasičnem motorju z notranjim zgorevanjem. Vendar je princip delovanja rotacijsko batnega motorja nekoliko drugačen od običajnih batnih motorjev.

Kaj je glavna značilnost tega motorja? Stirlingov rotacijski motor nima v svoji zasnovi ne 2, ne 4 in ne 8 batov, ampak samo enega. Imenuje se rotor. Ta element se vrti v cilindru posebne oblike. Rotor je nameščen na gredi in povezan z zobnikom. Slednji ima zobniško sklopko z zaganjalnikom. Element se vrti po epitrohoidni krivulji. To pomeni, da lopatice rotorja izmenično pokrivajo komoro cilindra. V slednjem pride do zgorevanja goriva. Načelo delovanja rotacijskega motorja (vključno z Mazdo Cosmo Sport) je, da v enem obratu mehanizem potisne tri cvetne liste trdih krogov. Ko se del vrti v telesu, trije predelki v notranjosti spreminjajo svojo velikost. S spreminjanjem dimenzij se v komorah ustvari določen pritisk.

Delovne faze

Kako deluje rotacijski motor? Načelo delovanja (gif-slike in RPD diagram si lahko ogledate spodaj) tega motorja je naslednje. Delovanje motorja je sestavljeno iz štirih ponavljajočih se ciklov, in sicer:

  1. Dobava goriva. To je prva faza motorja. Nastane v trenutku, ko je vrh rotorja v višini dovodne odprtine. Ko je komora odprta proti glavnemu predelu, se njena prostornina približa minimumu. Takoj, ko se rotor vrti mimo njega, mešanica goriva in zraka vstopi v prostor. Po tem se komora ponovno zapre.
  2. Stiskanje. Ko rotor nadaljuje svoje gibanje, se prostor v predelu zmanjša. Tako pride do stisnjene mešanice zraka in goriva. Takoj, ko mehanizem preide prostor za svečke, se prostornina komore spet zmanjša. Na tej točki se zmes vname.
  3. Vžigi. Pogosto ima rotacijski motor (vključno z VAZ-21018) več svečk. To je posledica velike dolžine zgorevalne komore. Takoj, ko sveča vžge gorljivo mešanico, se raven tlaka v notranjosti poveča za desetkrat. Tako je rotor ponovno gnan. Nadalje tlak v komori in količina plinov še naprej naraščata. V tem trenutku se rotor premakne in nastane navor. To se nadaljuje, dokler mehanizem ne preide izpušne komore.
  4. Emisija plinov. Ko rotor prečka ta prostor, se visokotlačni plin začne prosto premikati v izpušno cev. V tem primeru se gibanje mehanizma ne ustavi. Rotor se stabilno vrti, dokler prostornina zgorevalne komore spet ne pade na minimum. Do takrat bo iz motorja iztisnjena preostala količina izpušnih plinov.
VAZ rotacijski motor
VAZ rotacijski motor

Prav takšen je princip delovanja rotacijskega motorja. VAZ-2108, na katerem je bil nameščen tudi RPD, je tako kot japonska Mazda odlikoval tiho delovanje motorja in visoka dinamična zmogljivost. Toda ta sprememba ni bila nikoli uvedena v množično proizvodnjo. Tako smo ugotovili, kakšen je princip delovanja rotacijskega motorja.

Slabosti in prednosti

Ni čudno, da je ta motor pritegnil pozornost toliko proizvajalcev avtomobilov. Njegov poseben princip delovanja in zasnova ima številne prednosti pred drugimi vrstami motorjev z notranjim zgorevanjem.

Kaj so torej prednosti in slabosti rotacijskega motorja? Začnimo z očitnimi prednostmi. Prvič, rotacijski motor ima najbolj uravnoteženo zasnovo in zato med delovanjem praktično ne povzroča visokih vibracij. Drugič, ta motor ima lažjo težo in večjo kompaktnost, zato je njegova namestitev še posebej pomembna za proizvajalce športnih avtomobilov. Poleg tega je nizka teža enote oblikovalcem omogočila idealno porazdelitev teže osnih obremenitev. Tako je avtomobil s tem motorjem postal bolj stabilen in okreten na cesti.

kako deluje mazda rotacijski motor
kako deluje mazda rotacijski motor

In seveda prostor za oblikovanje. Kljub enakemu številu ciklov delovanja je naprava tega motorja veliko enostavnejša od naprave bata. Za izdelavo rotacijskega motorja je bilo potrebno minimalno število komponent in mehanizmov.

Vendar glavni adut tega motorja ni njegova teža in nizki tresljaji, temveč visoka učinkovitost. Zaradi posebnega principa delovanja je imel rotacijski motor večjo moč in učinkovitost.

Zdaj pa slabosti. Izkazalo se je, da so veliko več kot prednosti. Glavni razlog, zakaj so proizvajalci zavrnili nakup takšnih motorjev, je bila njihova visoka poraba goriva. V povprečju je za sto kilometrov taka enota porabila do 20 litrov goriva in to je, vidite, po današnjih standardih precejšen strošek.

Težave pri izdelavi delov

Poleg tega je treba omeniti visoke stroške izdelave delov za ta motor, kar je bilo razloženo s kompleksnostjo izdelave rotorja. Da bi ta mehanizem pravilno prešel epitrohoidno krivuljo, je potrebna visoka geometrijska natančnost (tudi za valj). Zato je pri izdelavi rotacijskih motorjev nemogoče brez posebne drage opreme in posebnega znanja na tehničnem področju. Skladno s tem so vsi ti stroški vnaprej vključeni v ceno avtomobila.

Pregrevanje in visoke obremenitve

Poleg tega se je zaradi posebne zasnove ta enota pogosto pregrevala. Celotna težava je bila lečasta oblika zgorevalne komore.

rotacijski mešalni motor
rotacijski mešalni motor

V nasprotju s tem imajo klasični motorji z notranjim zgorevanjem zasnovo sferične komore. Gorivo, ki zgori v lečastem mehanizmu, se pretvori v toplotno energijo, ki se porabi ne le za delovni hod, temveč tudi za ogrevanje samega valja. Navsezadnje pogosto "vretje" enote povzroči hitro obrabo in okvaro.

Vir

Ne le valj prenese velike obremenitve. Študije so pokazale, da med delovanjem rotorja pomemben del obremenitev pade na tesnila, ki se nahajajo med šobami mehanizmov. Podvrženi so stalnemu padcu tlaka, zato največja življenjska doba motorja ne presega 100-150 tisoč kilometrov.

princip delovanja rotacijskega motorja na vaz
princip delovanja rotacijskega motorja na vaz

Po tem potrebuje motor večji remont, katerega stroški so včasih enakovredni nakupu nove enote.

Poraba olja

Poleg tega je rotacijski motor zelo zahteven glede vzdrževanja.

princip delovanja rotacijsko batnega motorja
princip delovanja rotacijsko batnega motorja

Ima porabo več kot 500 mililitrov olja na 1 tisoč kilometrov, zaradi česar je treba tekočino natočiti vsakih 4-5 tisoč kilometrov.kilometrov teka. Če ga ne zamenjate pravočasno, bo motor preprosto odpovedal. To pomeni, da je treba k vprašanju servisiranja rotacijskega motorja pristopiti bolj odgovorno, sicer je najmanjša napaka preobremenjena z dragimi popravili enote.

Sorte

Trenutno obstaja pet vrst teh vrst agregatov:

  1. Rotorski motorji z izmeničnim gibanjem gredi.
  2. Z enakomernim vrtenjem gredi. Hkrati se pri njegovi zasnovi ne uporabljajo tesnilni mehanizmi. Lokacija zgorevalnih komor ima spiralni tip.
  3. princip delovanja rotacijskega motorja slabosti in prednosti
    princip delovanja rotacijskega motorja slabosti in prednosti
  4. Enote s pulzirajočim rotacijskim gibanjem, usmerjenim v 1 smer.
  5. Z vrtenjem planetne gredi, brez tesnilnih elementov. Osupljiv primer tega je Wankel motor.
  6. RPD z enotnim delovanjem delovnih elementov in spiralno razporeditvijo zgorevalnih komor.

Rotacijski motor (VAZ-21018-2108)

Zgodovina nastanka rotacijskih motorjev z notranjim zgorevanjem VAZ sega v leto 1974. Takrat je bil ustanovljen prvi oblikovalski biro RPD. Vendar je imel prvi motor, ki so ga razvili naši inženirji, podobno zasnovo kot Wankel motor, ki je bil opremljen z uvoženimi limuzinami NSU Ro80. Sovjetski dvojnik je bil imenovan VAZ-311. To je prvi sovjetski rotacijski motor. Načelo delovanja na avtomobilih VAZ tega motorja ima enak Wankel RPD algoritem delovanja.

Prvi avtomobil, na katerega so bili nameščeni ti motorji, je bila modifikacija VAZ 21018. Avto se praktično ni razlikoval od svojega "prednika" - modela 2101 - z izjemo uporabljenega motorja z notranjim zgorevanjem. Pod pokrovom novosti je bil enodelni RPD z zmogljivostjo 70 konjskih moči. Vendar pa so bile kot rezultat raziskav na vseh 50 vzorcih modelov ugotovljene številne okvare motorja, zaradi česar je tovarna Volzhsky v naslednjih nekaj letih zavrnila uporabo te vrste motorja z notranjim zgorevanjem na svojih avtomobilih.

princip delovanja rotacijskega motorja
princip delovanja rotacijskega motorja

Glavni vzrok za domače okvare RPD so bila nezanesljiva tesnila. Vendar so se sovjetski oblikovalci odločili rešiti ta projekt tako, da so svetu predstavili nov dvodelni rotacijski motor VAZ-411. Kasneje je bil razvit motor z notranjim zgorevanjem znamke VAZ-413. Njihove glavne razlike so bile v moči. Prva kopija je razvila do 120 konjskih moči, druga - približno 140. Vendar te enote niso bile ponovno vključene v serijo. Tovarna se je odločila, da jih postavi samo na službene avtomobile, ki jih uporabljata prometna policija in KGB.

Motorji za letalstvo, "osmice" in "devetke"

V naslednjih letih so razvijalci poskušali ustvariti rotacijski motor za domača majhna letala, vendar so bili vsi poskusi neuspešni. Posledično so se oblikovalci znova lotili razvoja motorjev za osebna vozila (zdaj s pogonom na prednja kolesa) VAZ serije 8 in 9. Za razliko od svojih predhodnikov sta bila na novo razvita motorja VAZ-414 in 415 univerzalna in sta se lahko uporabljala na avtomobilih s pogonom na zadnja kolesa, kot so Volga, Moskvič in tako naprej.

Lastnosti RPD VAZ-414

princip delovanja rotacijskega motorja slabosti in prednosti
princip delovanja rotacijskega motorja slabosti in prednosti

Ta motor se je prvič pojavil na "devetkah" šele leta 1992. V primerjavi s svojimi "predniki" je imel ta motor naslednje prednosti:

  • Visoka specifična moč, ki je omogočila, da je avto dosegel "sto" v samo 8-9 sekundah.
  • Velika učinkovitost. Iz enega litra zgorelega goriva je bilo možno pridobiti do 110 konjskih moči (in to brez kakršnega koli siljenja in dodatnega vrtanja bloka cilindrov).
  • Velik potencial za siljenje. S pravimi nastavitvami je bilo možno povečati moč motorja za nekaj deset konjskih moči.
  • Hitrohitrostni motor. Takšen motor je zmogel delovati tudi pri 10.000 obratih. Pod takimi obremenitvami bi lahko deloval le rotacijski motor. Princip delovanja klasičnih motorjev z notranjim zgorevanjem ne dovoljuje dolgotrajnega delovanja pri visokih vrtljajih.
  • Relativno nizka poraba goriva. Če so prejšnji primerki "pojedli" približno 18-20 litrov goriva na "sto", je ta enota v povprečnem delovanju porabila le 14-15.

Današnja situacija z RPD v avtomobilski tovarni Volga

Vsi zgoraj opisani motorji niso pridobili velike popularnosti in kmalu je bila njihova proizvodnja omejena. Volga Automobile Plant v prihodnosti ne načrtuje oživitve razvoja rotacijskih motorjev. Tako bo RPD VAZ-414 ostal zmečkan kos papirja v zgodovini domačega inženiringa.

Torej, ugotovili smo, kateri rotacijski motor ima princip delovanja in napravo.

Priporočena: