Silnik obrotowy: zasada działania, cechy

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-19 18:17

Silnik jest podstawą każdego pojazdu. Bez tego ruch samochodu jest niemożliwy. W chwili obecnej najczęściej spotykane są silniki spalinowe tłokowe. Jeśli mówimy o większości samochodów terenowych, są to rzędowe czterocylindrowe silniki spalinowe. Są jednak samochody z takimi silnikami, w których w zasadzie nie ma klasycznego tłoka. Silniki te mają zupełnie inne urządzenie i zasadę działania. Nazywane są obrotowymi silnikami spalinowymi. Czym są te jednostki, jakie są ich cechy, zalety i wady? Rozważ w naszym dzisiejszym artykule.

Charakterystyka

Silnik obrotowy jest jednym z typów termicznych silników spalinowych. Po raz pierwszy taki silnik został opracowany w odległym XIX wieku. Obecnie w Mazdzie RX-8 i niektórych innych samochodach sportowych jest używany silnik obrotowy. Taki silnik ma kluczową cechę - nie wykonuje ruchów posuwisto-zwrotnych, jak w konwencjonalnym silniku spalinowym.

Tutaj odbywa się rotacjaspecjalny trójkątny wirnik. Jest w specjalnym budynku. Podobny schemat stosowała w latach 50. ubiegłego wieku niemiecka firma NSU. Autorem takiego silnika spalinowego był Felix Wankel. To według jego schematu produkowane są wszystkie nowoczesne silniki rotacyjne (Mazda RX nie jest wyjątkiem).

Urządzenie

Projekt jednostki napędowej obejmuje:

• Sprawa.
• Wał wyjściowy.
• Wirnik.

Sama obudowa jest główną komorą roboczą. Na silniku obrotowym ma owalny kształt. Tak niezwykła konstrukcja komory spalania wynika z zastosowania wirnika trójściennego. Tak więc, gdy styka się ze ścianami, powstają izolowane zamknięte kontury. To w nich realizowane są cykle pracy silnika spalinowego. To jest:

• Wlot.
• Kompresja.
• Zapalenie i skok roboczy.
• Wydanie.

Wśród cech rotacyjnego silnika spalinowego warto zwrócić uwagę na brak klasycznych zaworów dolotowych i wydechowych. Zamiast tego stosuje się specjalne otwory. Znajdują się po bokach komory spalania. Otwory te są bezpośrednio połączone z układem wydechowym i systemem zasilania.

Wirnik

Podstawą konstrukcji elektrowni tego typu jest wirnik. Pełni funkcję tłoków w tym silniku. Jednak wirnik jest w jednym egzemplarzu, podczas gdy tłoki mogą mieć od trzech do dwunastu lub więcej. Kształt tego elementu przypomina trójkąt o zaokrąglonych krawędziach.

Takie krawędzie są potrzebnedla bardziej szczelnego i wysokiej jakości uszczelnienia komory spalania. Zapewnia to prawidłowe spalanie mieszanki paliwowej. W górnej części twarzy i po jej bokach znajdują się specjalne płytki. Działają jak pierścienie dociskowe. Wirnik zawiera również zęby. Służą do obracania napędu, który napędza również wał wyjściowy. O powołaniu tego ostatniego porozmawiamy poniżej.

Wart

Jako taki, w silniku z tłokiem obrotowym nie ma wału korbowego. Zamiast tego używany jest element wyjściowy. W stosunku do jego środka znajdują się specjalne występy (krzywki). Umieszczone są asymetrycznie. Moment obrotowy z wirnika, który jest przenoszony na krzywkę, powoduje obrót wału wokół własnej osi. Tworzy to energię potrzebną do poruszania napędami i kołami w samochodzie.

Bity

Jaka jest zasada działania silnika obrotowego? Algorytm działania, mimo podobnych cykli z silnikiem tłokowym, jest inny. Tak więc początek cyklu następuje, gdy jeden z końców wirnika przechodzi przez kanał wlotowy obudowy silnika spalinowego. W tej chwili pod działaniem próżni do komory zasysana jest mieszanina palna. Przy dalszym obrocie wirnika następuje suw sprężania mieszanki. Dzieje się tak, gdy drugi koniec przechodzi przez wlot. Ciśnienie mieszaniny stopniowo wzrasta. W końcu się zapala. Ale nie zapala się od siły kompresji, ale od iskry świecy zapłonowej. Następnie rozpoczyna się cykl roboczy suwu wirnika.

Ponieważ komora spalania w takim silniku ma owalny kształt, zaleca się użycie w projekcie dwóch świec. Pozwala to szybko zapalić mieszankę. W ten sposób front płomienia rozprzestrzenia się bardziej równomiernie. Nawiasem mówiąc, dwie świece na komorę spalania można również zastosować w konwencjonalnym tłokowym silniku spalinowym (ta konstrukcja jest niezwykle rzadka). Jednak w przypadku silnika rotacyjnego jest to konieczność.

Po zapaleniu w komorze powstaje wysokie ciśnienie gazów. Siła jest tak duża, że pozwala wirnikowi kręcić się na mimośrodzie. Przyczynia się to do generowania momentu obrotowego na wale wyjściowym. Gdy górna część wirnika zbliża się do wylotu, siła i ciśnienie energii gazów maleją. Spontanicznie wpadają do kanału wylotowego. Po całkowitym uwolnieniu aparatu od nich rozpoczyna się nowy proces. Silnik obrotowy uruchamia się ponownie z suwem ssania, sprężaniem, zapłonem, a następnie suwem mocy.

O systemie smarowania i odżywianiu

To urządzenie nie różni się układem zasilania paliwem. Wykorzystuje również pompę zanurzeniową, która dostarcza benzynę pod ciśnieniem ze zbiornika. Ale system smarowania ma swoje własne cechy. Tak więc olej do części trących silnika jest podawany bezpośrednio do komory spalania. Do smarowania przewidziany jest specjalny otwór. Ale pojawia się pytanie: gdzie następnie trafia olej, jeśli dostanie się do komory spalania? Tutaj zasada działania jest podobna do silnika dwusuwowego. Smar dostaje się do komory i pali się benzyną. Ten schemat działania jest stosowany w każdym silniku rotacyjnym, w tym w silnikach tłokowych. Ze względu na specjalną konstrukcję układu smarowania takie silniki nie mogą sprostać nowoczesnymregulacje środowiskowe. Jest to jeden z kilku powodów, dla których silniki obrotowe nie są używane komercyjnie w VAZ i innych modelach samochodów. Jednak najpierw zwracamy uwagę na zalety RPD.

Zalety

Istnieje wiele zalet tego typu silnika. Po pierwsze, ten silnik ma niewielką wagę i rozmiar. Pozwala to zaoszczędzić miejsce w komorze silnika i umieścić silnik spalinowy w dowolnym samochodzie. Również niska waga przyczynia się do bardziej prawidłowego rozkładu masy samochodu. W końcu większość masy w samochodach z klasycznymi silnikami spalinowymi jest skoncentrowana w przedniej części nadwozia.

Po drugie, silnik z tłokami obrotowymi ma wysoką gęstość mocy. W porównaniu z klasycznymi silnikami liczba ta jest półtora do dwóch razy wyższa. Ponadto silnik obrotowy ma szerszą półkę momentu obrotowego. Jest dostępny prawie z biegu jałowego, podczas gdy konwencjonalne silniki spalinowe wymagają rozkręcenia nawet od czterech do pięciu tysięcy. Nawiasem mówiąc, silnik obrotowy jest znacznie łatwiejszy do uzyskania dużej prędkości. To kolejny plus.

Po trzecie, taki silnik ma prostszą konstrukcję. Nie ma zaworów, sprężyn, mechanizmu korbowego jako całości. Jednocześnie nie ma zwykłego systemu dystrybucji gazu z paskiem i wałkiem rozrządu. To właśnie brak KShM przyczynia się do łatwiejszego ustawiania obrotów przez obrotowy silnik spalinowy. Taki silnik obraca się od ośmiu do dziesięciu tysięcy w ułamku sekundy. Cóż, kolejnym plusem jest mniejsza skłonność do detonacji.

Wady

Teraz porozmawiajmy o wadach, z powodu których zastosowanie obrotowesilniki stały się ograniczone. Pierwszy minus to wysokie wymagania dotyczące jakości oleju. Chociaż silnik pracuje jak dwusuwowy, nie da się tutaj napełnić taniej „wody mineralnej”. Części i mechanizmy jednostki napędowej są poddawane znacznym obciążeniom, dlatego w celu zaoszczędzenia zasobów potrzebny jest gęsty film olejowy między parami tarcia. Nawiasem mówiąc, harmonogram wymiany oleju to sześć tysięcy kilometrów.

Kolejna wada dotyczy szybkiego zużycia elementów uszczelniających wirnika. Wynika to z małej łatki kontaktowej. Z powodu zużycia elementów uszczelniających powstaje duża różnica ciśnień. Ma to negatywny wpływ na osiągi silnika rotacyjnego i zużycie oleju (a w konsekwencji na efektywność środowiskową).

Wymieniając niedociągnięcia, warto wspomnieć o zużyciu paliwa. W porównaniu z silnikiem cylindrowo-tłokowym, silnik rotacyjny nie jest energooszczędny, zwłaszcza przy średnich i niskich prędkościach. Uderzającym tego przykładem jest Mazda RX-8. Przy objętości 1,3 litra silnik ten zużywa co najmniej 15 litrów benzyny na sto. Co ciekawe, przy dużych prędkościach wirnika osiąga się największą oszczędność paliwa.

Ponadto silniki obrotowe są podatne na przegrzanie. Wynika to ze specjalnego soczewkowatego kształtu komory spalania. Nie odprowadza ciepła dobrze w porównaniu do kulistego (jak w konwencjonalnych silnikach spalinowych), dlatego podczas pracy należy zawsze monitorować czujnik temperatury. W przypadku przegrzania wirnik odkształca się. Podczas pracy tworzy znaczne zadrapania. W rezultacie zasoby motoryczne zbliżają się do końca.

Pomimo prostej konstrukcji i braku mechanizmu korbowego, ten silnik jest trudny do naprawy. Takie silniki są bardzo rzadkie i niewielu rzemieślników ma z nimi doświadczenie. Dlatego wiele serwisów samochodowych odmawia „kapitalizacji” takich silników. A ci, którzy zajmują się wirnikami, żądają za to bajecznych sum pieniędzy. Musisz zapłacić lub zainstalować nowy silnik. Ale to nie jest gwarancja wysokiego zasobu. Takie silniki obsługują maksymalnie 100 tysięcy kilometrów (nawet przy umiarkowanej eksploatacji i terminowej konserwacji). A silniki Mazdy RX-8 nie były wyjątkiem.

Silnik obrotowy VAZ

Wszyscy wiedzą, że takie silniki były używane przez japońskiego producenta Mazda w swoich latach. Jednak niewiele osób wie, że RPD był również używany w Związku Radzieckim w VAZ Classic. Taki silnik został opracowany na zlecenie resortu służb specjalnych. VAZ-21079, wyposażony w taki silnik, był analogiem słynnego czarnego "Wołgi-catch-up" z ośmiocylindrowym silnikiem.

Rozwój silnika z tłokami obrotowymi dla VAZ rozpoczął się w połowie lat 70-tych. Zadanie nie było łatwe – stworzyć silnik rotacyjny, który pod każdym względem przewyższałby tradycyjny tłokowy silnik spalinowy. Opracowanie nowego bloku napędowego zostało przeprowadzone przez specjalistów z przedsiębiorstw lotniczych Samara. Szefem biura montażowego i projektowego był Boris Sidorovich Pospelov.

Rozwój bloków energetycznych przebiegał równolegle z badaniami silników rotacyjnych modeli zagranicznych. Pierwsze egzemplarze nie różniły się wysoką wydajnością i nie weszły do serii. Kilka lat później powstało kilka wariantów RPD dla klasycznego VAZ. Silnik VAZ-311 został uznany za najlepszy z nich. Silnik ten miał te same parametry geometryczne, co japoński silnik 1ZV. Maksymalna moc jednostki wynosiła 70 koni mechanicznych. Pomimo niedoskonałości projektu, kierownictwo postanowiło wypuścić pierwszą przemysłową partię RPD, które zostały zainstalowane w oficjalnych pojazdach VAZ-2101. Jednak wkrótce odkryto wiele niedociągnięć: silnik wywołał falę skarg, wybuchł skandal, a liczba pracowników biura projektowego została znacznie zmniejszona. Z powodu częstych awarii zaprzestano produkcji pierwszego silnika obrotowego VAZ-311.

Ale historia sowieckiego RPD na tym się nie skończyła. W latach 80. inżynierom nadal udało się stworzyć silnik obrotowy, który znacznie przewyższał właściwościami tłokowego silnika spalinowego. Był to więc silnik obrotowy VAZ-4132. Jednostka rozwinęła moc 120 koni mechanicznych. Dało to VAZ-2105 doskonałe osiągi dynamiczne. Z tym silnikiem samochód przyspieszył do setek w 9 sekund. A maksymalna prędkość „doganiania” wynosiła 180 kilometrów na godzinę. Wśród głównych zalet warto zwrócić uwagę na wysoki moment obrotowy silnika, dostępny w całym zakresie obrotów oraz dużą moc litrową, którą uzyskano bez żadnego doładowania.

W latach 90. firma AvtoVAZ zaczęła opracowywać nowy silnik obrotowy, który miał być zainstalowany na „dziewiątce”. Tak więc w 1994 rokum rok narodziła się nowa jednostka napędowa VAZ-415. Silnik miał pojemność roboczą 1300 centymetrów sześciennych i dwie komory spalania. stopień sprężania każdego z nich wynosił 9,4. Ta elektrownia jest w stanie wykonać do dziesięciu tysięcy obrotów. Jednocześnie silnik wyróżniał się niskim zużyciem paliwa. Średnio jednostka zużywała 13-14 litrów na sto w cyklu mieszanym (to dobry wskaźnik dla starego obrotowego silnika spalinowego według dzisiejszych standardów). Jednocześnie silnik wyróżniał się niską masą własną. Bez załączników ważył tylko 113 kilogramów.

Zużycie oleju w silniku VAZ-415 wynosi 0,6 procent jednostkowego zużycia paliwa. Zasób silnika spalinowego przed remontem wynosi 125 tysięcy kilometrów. Silnik zainstalowany na „dziewiątce” wykazał dobre właściwości dynamiczne. Tak więc przyspieszenie do setek zajęło tylko dziewięć sekund. A maksymalna prędkość to 190 kilometrów na godzinę. Były też eksperymentalne próbki VAZ-2108 z silnikiem obrotowym. Dzięki mniejszej wadze obrotowa „ósemka” przyspieszyła do setek w zaledwie osiem sekund. A maksymalna prędkość podczas testów wynosiła 200 kilometrów na godzinę. Jednak silniki te nigdy nie weszły do serii. Nie znajdziesz ich również na rynku wtórnym i na demontażach.

Podsumowanie

Więc dowiedzieliśmy się, czym jest silnik obrotowy. Jak widać jest to bardzo ciekawe opracowanie mające na celu uzyskanie maksymalnej wydajności i mocy. Jednak ze względu na swoją konstrukcję mechanizmy wirnika szybko się zużywały. Wpłynęło to na zasoby silnika. NawetJapoński RPD to nie więcej niż sto tysięcy kilometrów. Ponadto silniki te mają wysokie wymagania dotyczące smarów i nie mogą spełniać nowoczesnych norm środowiskowych. Dlatego silniki spalinowe z tłokami obrotowymi nie stały się szczególnie popularne w przemyśle motoryzacyjnym.