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

С изобретяването на двигателя с вътрешно горене напредъкът в развитието на автомобилната индустрия напредна много. Въпреки факта, че общата структура на двигателя с вътрешно горене остава същата, тези агрегати непрекъснато се подобряват. Заедно с тези двигатели се появиха по-прогресивни агрегати от ротационен тип. Но защо те не са получили широко разпространение в автомобилния свят? Ще разгледаме отговора на този въпрос в статията.

История на появата на агрегата

Ротационният двигател е проектиран и тестван от разработчиците Феликс Ванкел и Валтер Фройде през 1957 г. Първата кола, на която е инсталирано това устройство, беше спортната кола NSU Spyder. Проучванията показват, че с мощност на двигателя от 57 конски сили, тази кола може да ускори до колосалните 150 километра в час. Производството на автомобили "Spider", оборудвани с роторен двигател с мощност 57 конски сили, продължи около 3 години.

След това този тип двигател започна да оборудва автомобила NSU Ro-80. Впоследствие роторни двигатели са монтирани на Citroens, Mercedes, VAZ и Chevrolet.

Един от най-често срещаните автомобили с роторни двигатели е японският спортен автомобил Mazda Cosmo Sport. Също така японците започнаха да оборудват модела RX с този мотор. Принципът на работа на ротационен двигател (Mazda RX) беше постоянното въртене на ротора с промяна на циклите на работа. Но повече за това по-късно.

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

Дизайн и принцип на действие

Какъв е принципът на работа на ротационен двигател? Този тип мотор се отличава с 4-тактов цикъл на действие, както при класически двигател с вътрешно горене. Въпреки това принципът на работа на ротационно-бутален двигател е малко по-различен от този на конвенционалните бутални двигатели.

Каква е основната характеристика на този мотор? Ротационният двигател на Стърлинг има в конструкцията си не 2, не 4 и не 8 бутала, а само едно. Нарича се ротор. Този елемент се върти в цилиндър със специална форма. Роторът е монтиран на вала и е свързан към зъбното колело. Последният е със зъбен съединител със стартер. Елементът се върти по епитрохоидална крива. Тоест лопатките на ротора последователно покриват камерата на цилиндъра. В последния се получава изгаряне на гориво. Принципът на работа на ротационен двигател (включително Mazda Cosmo Sport) е, че при едно завъртане механизмът избутва три венчелистчета от твърди кръгове. Докато частта се върти в тялото, трите отделения вътре променят размера си. Чрез промяна на размерите се създава определено налягане в камерите.

Работни фази

Как работи ротационният двигател? Принципът на работа (gif-изображения и RPD диаграмата можете да видите по-долу) на този двигател е следният. Работата на двигателя се състои от четири повтарящи се цикъла, а именно:

1. Захранване с гориво. Това е първата фаза на двигателя. Това се случва в момента, когато горната част на ротора е на нивото на захранващия отвор. Когато камерата е отворена към основното отделение, нейният обем се доближава до минимум. Веднага щом роторът се завърти покрай него, гориво-въздушната смес влиза в отделението. След това камерата отново се затваря.
2. Компресиране. Тъй като роторът продължава движението си, пространството в отделението намалява. Така се компресира смес от въздух и гориво. Веднага щом механизмът премине през отделението за свещи, обемът на камерата отново намалява. В този момент сместа се запалва.
3. Запалвания. Често ротационен двигател (включително VAZ-21018) има няколко свещи. Това се дължи на голямата дължина на горивната камера. Веднага след като свещта запали горимата смес, нивото на налягането вътре се увеличава десетократно. Така роторът се задвижва отново. Освен това налягането в камерата и количеството газове продължават да растат. В този момент роторът се движи и се създава въртящ момент. Това продължава, докато механизмът премине през изпускателната камера.
4. Емисия на газове. Когато роторът премине 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 стабилно, докато обемът на горивната камера отново спадне до минимум. До този момент останалото количество отработени газове ще бъде изтласкано от двигателя.

Точно това е принципът на работа на роторния двигател. VAZ-2108, на който също беше монтиран RPD, подобно на японската Mazda, се отличаваше с тихата работа на двигателя и високите динамични характеристики. Но тази модификация никога не е била пусната в масово производство. И така, разбрахме какъв е принципът на работа на ротационен двигател.

Недостатъци и предимства

Нищо чудно, че този двигател е привлякъл вниманието на толкова много автомобилни производители. Неговият специален принцип на работа и дизайн има редица предимства пред другите видове двигатели с вътрешно горене.

И така, какви са плюсовете и минусите на ротационния двигател? Да започнем с очевидните ползи. Първо, ротационният двигател има най-балансиран дизайн и следователно практически не причинява високи вибрации по време на работа. Второ, този мотор има по-малко тегло и по-голяма компактност, поради което инсталирането му е особено подходящо за производителите на спортни автомобили. В допълнение, ниското тегло на агрегата даде възможност на дизайнерите да постигнат идеално разпределение на теглото на натоварването на осите. Така автомобил с този двигател става по-стабилен и маневрен на пътя.

И, разбира се, дизайнерското пространство. Въпреки същия брой цикли на работа, устройството на този двигател е много по-просто от това на буталния аналог. За да се създаде ротационен двигател, е необходим минимален брой компоненти и механизми.

Основният коз на този двигател обаче не е теглото и ниските вибрации, а високата ефективност. Благодарение на специалния принцип на работа, ротационният двигател имаше по-голяма мощност и ефективност.

Сега за недостатъците. Те се оказаха много повече от предимства. Основната причина, поради която производителите отказаха да купуват такива двигатели, беше високият им разход на гориво. Средно за сто километра такова устройство изразходва до 20 литра гориво и това, разбирате, е значителен разход по днешните стандарти.

Затруднения при производството на части

В допълнение, заслужава да се отбележи високата цена на производството на части за този двигател, което се обяснява със 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 да се направи без специализирано скъпо оборудване и специални познания в техническата област. Съответно всички тези разходи са включени предварително в цената на автомобила.

Прегряване и големи натоварвания

Освен това, поради специалния дизайн, това устройство често е било подложено на прегряване. Целият проблем беше лещовидната форма на горивната камера.

За разлика от това, класическите двигатели с вътрешно горене имат сферичен дизайн на камерата. Горивото, което изгаря в лещовидния механизъм, се превръща в топлинна енергия, която се изразходва не само за работния ход, но и за нагряване на самия цилиндър. В крайна сметка честото "кипене" на уреда води до бързо износване и повреда.

Ресурс

Не само цилиндърът издържа на големи натоварвания. Проучванията показват, че по време на работа на ротора значителна част от натоварванията падат върху уплътненията, разположени между дюзите на механизмите. Те са подложени на постоянен спад на налягането, така че максималният живот на двигателя е не повече от 100-150 хиляди километра.

След това двигателят се нуждае от основен ремонт, чиято цена понякога е еквивалентна на закупуване на нов агрегат.

Разход на масло

Освен това, ротационният двигател е много взискателен за поддръжка.

Има разход на масло над 500 милилитра на 1 хиляда километра, което налага наливането на течност на всеки 4-5 хиляди километра.километри пробег. Ако не го смените навреме, моторът просто ще се повреди. Тоест към въпроса за обслужването на ротационен двигател трябва да се подходи по-отговорно, в противен случай най-малката грешка е изпълнена със скъпи ремонти на устройството.

Разновидности

Понастоящем има пет разновидности на тези типове агрегати:

1. Роторни двигатели с възвратно-постъпателни движения на вала.
2. С равномерно въртене на вала. В същото време в дизайна му не се използват уплътнителни механизми. Разположението на горивните камери имат спирален тип.



3. Агрегати с пулсиращо-въртеливо движение, насочено в 1 посока.
4. С планетарно въртене на вала, без уплътнителни елементи. Ярък пример за това е машината Wankel.
5. RPD с равномерна работа на работните елементи и спираловидно разположение на горивните камери.

Ротационен двигател (VAZ-21018-2108)

Историята на създаването на роторните двигатели с вътрешно горене VAZ датира от 1974 г. Тогава беше създадено първото конструкторско бюро RPD. Въпреки това, първият двигател, разработен от нашите инженери, имаше подобен дизайн на двигателя Wankel, който беше оборудван с вносни седани NSU Ro80. Съветският аналог е наречен ВАЗ-311. Това е първият съветски роторен двигател. Принципът на работа на автомобилите VAZ на този двигател има същия алгоритъм на работа на Wankel RPD.

Първата кола, на която са монтирани тези двигатели, е модификацията VAZ 21018. Автомобилът практически не се различава от своя "прародител" - модел 2101 - с изключение на използвания двигател с вътрешно горене. Под капака на новостта имаше едносекционен RPD с мощност 70 конски сили. Въпреки това, в резултат на изследване на всичките 50 моделни проби бяха открити многобройни повреди на двигателя, което принуди Волжския завод да откаже да използва този тип двигател с вътрешно горене на своите автомобили през следващите няколко години.

Основната причина за домашни неизправности на RPD бяха ненадеждните уплътнения. Съветските дизайнери обаче решиха да спасят този проект, като представиха на света нов двусекционен роторен двигател VAZ-411. Впоследствие е разработен двигател с вътрешно горене на марката ВАЗ-413. Основните им различия бяха във властта. Първият екземпляр разви до 120 конски сили, вторият - около 140. Тези агрегати обаче не бяха включени отново в серията. Заводът реши да ги постави само на служебни автомобили, използвани от КАТ и КГБ.

Мотори за авиацията, "осмици" и "деветки"

През следващите години разработчиците се опитаха да създадат ротационен двигател за домашни малки самолети, но всички опити бяха неуспешни. В резултат на това дизайнерите отново се заеха с разработването на двигатели за леки автомобили (сега с предно задвижване) VAZ серия 8 и 9. За разлика от своите предшественици, новоразработените двигатели ВАЗ-414 и 415 бяха универсални и можеха да се използват на автомобили със задно предаване като Волга, Москвич и т.н.

Характеристики на РПД ВАЗ-414

За първи път този двигател се появи на "деветките" едва през 1992 г. В сравнение със своите "предци", този мотор имаше следните предимства:

• Висока специфична мощност, която позволява на автомобила да набере "сто" само за 8-9 секунди.
• Голяма ефективност. Възможно е да се получат до 110 конски сили от един литър изгоряло гориво (и това без форсиране и допълнително пробиване на цилиндровия блок).
• Висок потенциал за форсиране. С правилните настройки беше възможно да се увеличи мощността на двигателя с няколко десетки конски сили.
• Мотор с висока скорост. Такъв двигател можеше да работи дори при 10 000 оборота в минута. При такива натоварвания може да функционира само ротационен двигател. Принципът на работа на класическите двигатели с вътрешно горене не им позволява да работят дълго време при високи обороти.
• Сравнително нисък разход на гориво. Ако предишните екземпляри "изядоха" около 18-20 литра гориво на "сто", тогава този агрегат изразходва само 14-15 при средна работа.

Днешната ситуация с RPD във Волжския автомобилен завод

Всички двигатели, описани по-горе, не спечелиха голяма популярност и скоро производството им беше ограничено. В бъдеще Волжският автомобилен завод не планира да възобнови развитието на роторни двигатели. Така че RPD VAZ-414 ще остане смачкан лист хартия в историята на местното инженерство.

И така, разбрахме кой ротационен двигател има принципа на работа и устройство.