Klip motora sa unutrašnjim sagorevanjem sastoji se od: Klipni motori sa unutrašnjim sagorevanjem

U grupi cilindar-klip (CPG) odvija se jedan od glavnih procesa zbog kojeg funkcionira motor s unutarnjim izgaranjem: oslobađanje energije kao rezultat sagorijevanja mješavine zraka i goriva, koja se potom pretvara u mehaničko djelovanje. - rotacija radilice. Glavna radna komponenta CPG-a je klip. Zahvaljujući njemu, stvaraju se uslovi neophodni za sagorevanje smeše. Klip je prva komponenta uključena u pretvaranje rezultirajuće energije.

Klip motora je cilindričnog oblika. Nalazi se u košuljici cilindra motora, pokretni je element - tokom rada vrši povratne pokrete i obavlja dvije funkcije.

1. Prilikom translacijskog kretanja, klip smanjuje volumen komore za izgaranje, sabijajući mješavinu goriva, koja je neophodna za proces sagorijevanja (u dizel motorima dolazi do paljenja smjese zbog njene jake kompresije).
2. Nakon što se smjesa zraka i goriva zapali, tlak u komori za sagorijevanje naglo raste. U nastojanju da poveća zapreminu, gura klip nazad, a on čini povratni pokret koji se prenosi preko klipnjače na radilicu.

Šta je klip u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem?

Dizajn dijela uključuje tri komponente:

1. Dno.
2. Zaptivni deo.
3. Suknja.

Ove komponente su dostupne iu livenim klipovima (najčešća opcija) i u kompozitnim dijelovima.

Dno

Dno je glavna radna površina, jer ona, zidovi košuljice i glava bloka čine komoru za sagorijevanje u kojoj se sagorijeva mješavina goriva.

Glavni parametar dna je oblik, koji ovisi o vrsti motora s unutarnjim izgaranjem (ICE) i njegovim dizajnerskim karakteristikama.

Dvotaktni motori koriste klipove sa sferičnim dnom - izbočenjem dna, što povećava efikasnost punjenja komore za izgaranje mješavinom i uklanjanja izduvnih plinova.

Kod četverotaktnih benzinskih motora dno je ravno ili konkavno. Dodatno, na površini su napravljena tehnička udubljenja - udubljenja za ventilske ploče (eliminiraju vjerojatnost sudara klipa s ventilom), udubljenja za poboljšanje formiranja smjese.

Kod dizel motora, udubljenja na dnu su najveća i imaju različite oblike. Ova udubljenja se nazivaju klipna komora za sagorevanje i dizajnirana su da stvaraju turbulenciju dok vazduh i gorivo ulaze u cilindar kako bi se obezbedilo bolje mešanje.

Brtveni dio je dizajniran za ugradnju specijalnih prstenova (kompresija i strugač za ulje), čiji je zadatak eliminirati zazor između klipa i stijenke košuljice, sprječavajući probijanje radnih plinova u podklipni prostor i maziva u izgaranje. komora (ovi faktori smanjuju efikasnost motora). Ovo osigurava prijenos topline od klipa do košuljice.

Zaptivni deo

Brtveni dio uključuje žljebove na cilindričnoj površini klipa - žljebove koji se nalaze iza dna, i mostove između žljebova. Kod dvotaktnih motora, posebni umetci se dodatno postavljaju u žljebove, u koje se nalaze prstenaste brave. Ovi umetci su neophodni kako bi se eliminisala mogućnost okretanja prstenova i njihovih brava u usisne i ispušne prozore, što može uzrokovati njihovo uništenje.


Most od ruba dna do prvog prstena naziva se vatreni pojas. Ovaj remen ima najveći temperaturni uticaj, pa se njegova visina bira na osnovu radnih uslova stvorenih unutar komore za sagorevanje i materijala koji se koristi za izradu klipa.

Broj žljebova napravljenih na zaptivnom dijelu odgovara broju klipnih prstenova (a može se koristiti 2 - 6 njih). Najčešći dizajn je sa tri prstena - dva kompresiona i jedan strugač za ulje.

U utoru ispod prstena za struganje ulja, napravljene su rupe za otjecanje ulja, koje se prstenom uklanja sa stijenke košuljice.

Zajedno sa dnom, brtveni dio čini glavu klipa.

Također će vas zanimati:

Suknja

Suknja djeluje kao vodič za klip, sprječavajući ga da promijeni položaj u odnosu na cilindar i pruža samo povratno kretanje dijela. Zahvaljujući ovoj komponenti, između klipa i klipnjače je napravljena pokretna veza.

Za spajanje, u suknji su napravljene rupe za ugradnju klipne osovine. Da bi se povećala čvrstoća na mjestu dodira prsta, na unutarnjoj strani suknje se prave specijalne masivne izbočine koje se nazivaju boss.

Za pričvršćivanje klipa u klipu, u montažnim rupama za njega predviđeni su žljebovi za pričvrsne prstenove.

Tipovi klipa

U motorima s unutrašnjim sagorijevanjem koriste se dvije vrste klipova, koji se razlikuju po dizajnu - čvrsti i kompozitni.

Čvrsti dijelovi se proizvode lijevanjem nakon čega slijedi strojna obrada. Proces livenja metala stvara prazninu kojoj se daje cjelokupni oblik dijela. Zatim se na strojevima za obradu metala obrađuju radne površine u rezultirajućem radnom komadu, izrezuju se žljebovi za prstenove, izrađuju tehnološke rupe i udubljenja.

U sastavnim dijelovima glava i rub su razdvojeni, te se prilikom ugradnje na motor sklapaju u jedinstvenu strukturu. Štaviše, montaža u jedan dio se vrši spajanjem klipa na klipnjaču. U tu svrhu, pored rupa za prste na suknji, postoje posebne oči na glavi.

Prednost kompozitnih klipova je mogućnost kombiniranja proizvodnih materijala, što poboljšava performanse dijela.

Materijali za proizvodnju

Aluminijske legure se koriste kao materijali za izradu čvrstih livenih klipova. Dijelove napravljene od takvih legura karakterizira mala težina i dobra toplinska provodljivost. Ali u isto vrijeme, aluminij nije materijal visoke čvrstoće i otpornosti na toplinu, što ograničava upotrebu klipova napravljenih od njega.

Liveni klipovi se takođe izrađuju od livenog gvožđa. Ovaj materijal je izdržljiv i otporan na visoke temperature. Nedostatak im je značajna masa i loša toplotna provodljivost, što dovodi do jakog zagrijavanja klipova tokom rada motora. Zbog toga se ne koriste na benzinskim motorima, jer visoke temperature uzrokuju zapaljenje (smjesa goriva i zraka se pali od kontakta sa zagrijanim površinama, a ne od svjećice).

Dizajn kompozitnih klipova omogućava da se gornji materijali međusobno kombinuju. U takvim elementima, suknja je izrađena od aluminijskih legura, što osigurava dobru toplinsku provodljivost, a glava je izrađena od čelika otpornog na toplinu ili lijevanog željeza.

Ali elementi kompozitnog tipa također imaju nedostatke, uključujući:

• Može se koristiti samo u dizel motorima;
• veća težina u odnosu na liveni aluminij;
• potreba za korištenjem klipnih prstenova od materijala otpornih na toplinu;
• viša cijena;

Zbog ovih karakteristika, opseg upotrebe kompozitnih klipova je ograničen;

Video: Princip rada klipa motora. Uređaj

Motor sa rotacionim klipom (RPE) ili Wankel motor. Motor sa unutrašnjim sagorevanjem koji je razvio Felix Wankel 1957. godine u saradnji sa Walterom Freudeom. U RPD-u funkciju klipa obavlja trokutni (trokutasti) rotor, koji vrši rotacijske pokrete unutar šupljine složenog oblika. Nakon talasa eksperimentalnih automobila i motocikala 1960-ih i 1970-ih, interesovanje za RPD-ove je splasnulo, iako brojne kompanije i dalje rade na poboljšanju dizajna Wankel motora. Trenutno su putnički automobili Mazda opremljeni RPD-om. U modeliranju se koristi rotacioni klipni motor.

Princip rada

Sila pritiska gasa iz sagorele mešavine goriva i vazduha pokreće rotor montiran kroz ležajeve na ekscentričnom vratilu. Kretanje rotora u odnosu na kućište motora (statora) vrši se kroz par zupčanika, od kojih je jedan, veći, pričvršćen na unutrašnju površinu rotora, drugi, noseći, manji, čvrsto je pričvršćen za unutrašnja površina bočnog poklopca motora. Interakcija zupčanika dovodi do činjenice da rotor čini kružne ekscentrične pokrete, dodirujući rubove s unutarnjom površinom komore za izgaranje. Kao rezultat, između rotora i tijela motora formiraju se tri izolirane komore promjenjivog volumena, u kojima se odvijaju procesi kompresije mješavine goriva i zraka, njenog sagorijevanja, širenja plinova koji vrše pritisak na radnu površinu rotora, i dolazi do prečišćavanja komore za sagorevanje od izduvnih gasova. Rotacijsko kretanje rotora prenosi se na ekscentrično vratilo postavljeno na ležajeve i prenosi obrtni moment na mehanizme prijenosa. Dakle, u RPD-u istovremeno rade dva mehanička para: prvi reguliše kretanje rotora i sastoji se od para zupčanika; a drugi - pretvaranje kružnog kretanja rotora u rotaciju ekscentrične osovine. Prijenosni odnos zupčanika rotora i statora je 2:3, tako da se u jednom punom okretaju ekscentrične osovine rotor uspijeva zarotirati za 120 stepeni. Zauzvrat, za jedan puni okret rotora u svakoj od tri komore koje formiraju njegove strane, izvodi se puni četverotaktni ciklus motora s unutarnjim izgaranjem.
RPD dijagram
1 - ulazni prozor; 2 izlaza prozora; 3 - tijelo; 4 - komora za sagorevanje; 5 – fiksni zupčanik; 6 - rotor; 7 – zupčanik; 8 - osovina; 9 – svjećica

Prednosti RPD-a

Glavna prednost rotacijskog klipnog motora je njegova jednostavnost dizajna. RPD ima 35-40 posto manje dijelova od četverotaktnog klipnog motora. RPD nema klipove, klipnjače ili radilicu. U „klasičnoj“ verziji RPD-a ne postoji mehanizam za distribuciju gasa. Smjesa goriva i zraka ulazi u radnu šupljinu motora kroz ulazni prozor, koji otvara ivicu rotora. Izduvni plinovi se izbacuju kroz izduvni otvor, koji ponovo siječe rub rotora (ovo podsjeća na uređaj za distribuciju plina dvotaktnog klipnog motora).
Posebno treba spomenuti sustav podmazivanja, koji praktički nema u najjednostavnijoj verziji RPD-a. Ulje se dodaje gorivu - kao kod rada dvotaktnih motora motocikla. Podmazivanje tarnih parova (prvenstveno rotora i radne površine komore za izgaranje) vrši se samom mješavinom goriva i zraka.
Pošto je masa rotora mala i lako se balansira masom protivtega ekscentrične osovine, RPD se odlikuje niskim nivoom vibracija i dobrom ujednačenošću rada. U automobilima sa RPD-om lakše je balansirati motor, postižući minimalni nivo vibracija, što dobro utiče na udobnost automobila u celini. Motori s dva rotora su posebno glatki, u kojima sami rotori djeluju kao balanseri koji smanjuju vibracije.
Još jedna atraktivna kvaliteta RPD-a je njegova velika gustina snage pri velikim brzinama ekscentrične osovine. Ovo omogućava postizanje odličnih karakteristika brzine iz vozila sa RPD-om uz relativno nisku potrošnju goriva. Niska inercija rotora i povećana specifična snaga u poređenju sa klipnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem omogućavaju poboljšanje dinamike vozila.
Konačno, važna prednost RPD-a je njegova mala veličina. Rotacijski motor je otprilike upola manji od četverotaktnog klipnog motora iste snage. A to vam omogućava da racionalnije koristite prostor motornog prostora, preciznije izračunate lokaciju komponenti prijenosa i opterećenje na prednjoj i stražnjoj osovini.

Nedostaci RPD-a

Glavni nedostatak rotacijskog klipnog motora je niska efikasnost brtvljenja jaza između rotora i komore za izgaranje. RPD rotor, koji ima složen oblik, zahtijeva pouzdane brtve ne samo duž čela (a ima ih četiri za svaku površinu - dva na apikalnim stranama, dva na bočnim stranama), već i na bočnim površinama u kontaktu sa poklopcima motora. Zaptivke se u ovom slučaju izrađuju u obliku opružnih traka od visokolegiranog čelika sa posebno preciznom obradom i radnih površina i krajeva. Tolerancije ugrađene u dizajn brtvi za ekspanziju metala od zagrijavanja pogoršavaju njihove karakteristike - gotovo je nemoguće izbjeći proboj plina na krajnjim dijelovima brtvenih ploča (u klipnim motorima koriste labirintski efekat, ugrađujući brtvene prstenove s prazninama u različitim pravcima).
Posljednjih godina, pouzdanost brtvi se dramatično povećala. Dizajneri su pronašli nove materijale za brtve. Međutim, o bilo kakvom iskoraku još ne treba govoriti. Tumbe i dalje ostaju usko grlo RPD-a.
Složen sistem zaptivki rotora zahteva efikasno podmazivanje površina koje trljaju. Broj okretaja u minuti troši više ulja nego četverotaktni klipni motor (od 400 grama do 1 kilogram na 1000 kilometara). U ovom slučaju, ulje gori zajedno s gorivom, što loše utiče na ekološku prihvatljivost motora. U izduvnim gasovima RPD-ova ima više supstanci opasnih po ljudsko zdravlje nego u izduvnim gasovima klipnih motora.
Posebni zahtjevi postavljaju se i na kvalitetu ulja koja se koriste u RPD-u. To je, prvo, zbog sklonosti povećanom trošenju (zbog velike površine dodirnih dijelova - rotora i unutrašnje komore motora), a drugo, zbog pregrijavanja (opet zbog povećanog trenja i zbog mala veličina samog motora). Neredovne promjene ulja su smrtonosne za RPD - budući da abrazivne čestice u starom ulju dramatično povećavaju trošenje motora i prehlađenje motora. Pokretanje hladnog motora i nedovoljno zagrijavanje dovode do činjenice da je malo podmazivanja u području kontakta brtvi rotora s površinom komore za izgaranje i bočnim poklopcima. Ako se klipni motor zaglavi kada se pregrije, tada se RPD najčešće javlja pri pokretanju hladnog motora (ili prilikom vožnje po hladnom vremenu, kada je hlađenje pretjerano).
Općenito, radna temperatura okretaja motora je viša od one kod klipnih motora. Termički najopterećenije područje je komora za sagorijevanje, koja ima malu zapreminu i, shodno tome, povećanu temperaturu, što otežava paljenje mješavine goriva i zraka (RPD-i su, zbog produženog oblika komore za sagorijevanje, skloni detonacija, što se može pripisati i nedostacima ovog tipa motora). Otuda i zahtjevi RPD-a za kvalitetom svijeća. Obično se u ove motore ugrađuju u paru.
Rotacioni klipni motori, unatoč odličnim karakteristikama snage i brzine, ispadaju manje fleksibilni (ili manje elastični) od klipnih motora. Oni proizvode optimalnu snagu samo pri prilično velikim brzinama, što primorava dizajnere da koriste RPD-ove uparene s višestepenim mjenjačima i komplicira dizajn automatskih mjenjača. Na kraju se pokazalo da RPD-ovi nisu toliko ekonomični koliko bi trebali biti u teoriji.

Praktična primjena u automobilskoj industriji

RPD-ovi su postali najrasprostranjeniji krajem 60-ih i početkom 70-ih godina prošlog stoljeća, kada je patent za Wankelov motor kupilo 11 vodećih svjetskih proizvođača automobila.
Njemačka kompanija NSU je 1967. godine objavila serijski putnički automobil poslovne klase, NSU Ro 80. Ovaj model se proizvodio 10 godina i prodat širom svijeta u 37.204 primjerka. Automobil je bio popularan, ali nedostaci RPD-a ugrađenog u njega na kraju su uništili reputaciju ovog divnog automobila. U poređenju sa dugotrajnim konkurentima, model NSU Ro 80 izgledao je "blijedo" - kilometraža prije remonta motora na navedenih 100 hiljada kilometara nije prelazila 50 hiljada.
Citroen, Mazda i VAZ su eksperimentisali sa RPD-om. Najveći uspjeh postigla je Mazda, koja je svoj putnički automobil sa RPD-om izbacila davne 1963. godine, četiri godine ranije od pojave NSU Ro 80. Danas koncern Mazda oprema RPD seriju sportskih automobila RPD-om. Moderni automobili Mazda RX-8 nemaju mnogo nedostataka Felix Wankel RPD. Oni su prilično ekološki prihvatljivi i pouzdani, iako se među vlasnicima automobila i stručnjacima za popravke smatraju "kapricijskim".

Praktična primjena u industriji motocikala

70-ih i 80-ih, neki proizvođači motocikala eksperimentirali su s RPD-om - Hercules, Suzuki i drugi. Trenutno je mala proizvodnja “rotacionih” motocikala uspostavljena samo u kompaniji Norton, koja proizvodi model NRV588 i priprema motocikl NRV700 za serijsku proizvodnju.
Norton NRV588 je sportski bicikl opremljen motorom s dva rotora ukupne zapremine 588 kubnih centimetara i razvija snagu od 170 konjskih snaga. Sa suhom masom motocikla od 130 kg, napajanje sportskog motocikla izgleda bukvalno pretjerano. Motor ovog automobila opremljen je varijabilnim usisnim kanalom i elektronskim sistemima za ubrizgavanje goriva. Sve što se zna o modelu NRV700 je da će brzina obrtaja ovog sportskog motocikla dostići 210 KS.

Klip motora je cilindrični dio koji vrši povratne pokrete unutar cilindra. To je jedan od najkarakterističnijih dijelova motora, jer se upravo uz njegovu pomoć odvija implementacija termodinamičkog procesa koji se odvija u motoru s unutarnjim sagorijevanjem. klip:

• osetivši pritisak gasa, prenosi rezultujuću silu na;
• zatvara komoru za sagorevanje;
• uklanja višak toplote sa njega.

Fotografija iznad prikazuje četiri takta klipa motora.

Ekstremni uslovi određuju materijal koji se koristi za izradu klipova

Klip radi u ekstremnim uslovima, koje karakterišu visoki pritisak, inercijska opterećenja i temperature. Zato glavni zahtjevi za materijale za njegovu proizvodnju uključuju:

• visoka mehanička čvrstoća;
• dobra toplotna provodljivost;
• niska gustina;
• nizak koeficijent linearne ekspanzije, antifrikciona svojstva;
• dobra otpornost na koroziju.

Specijalne legure aluminijuma, koje se odlikuju čvrstoćom, otpornošću na toplotu i lakoćom, ispunjavaju tražene parametre. Rjeđe se u proizvodnji klipova koriste legure sivog lijeva i čelika.

Klipovi mogu biti:

• cast;
• skovan.

U prvoj verziji izrađuju se brizganjem. Kovani se izrađuju štancanjem od legure aluminijuma sa malim dodatkom silicijuma (u prosjeku oko 15%), što značajno povećava njihovu čvrstoću i smanjuje stupanj ekspanzije klipa u području radne temperature.

Karakteristike dizajna klipa određene su njegovom namjenom

Glavni uvjeti koji određuju dizajn klipa su tip motora i oblik komore za izgaranje, karakteristike procesa sagorijevanja koji se u njemu odvija. Strukturno, klip je čvrsti element koji se sastoji od:

• glave (dna);
• brtveni dio;
• suknje (vodički dio).

Da li se klip benzinskog motora razlikuje od klipa dizel motora? Površine glava klipa benzinskih i dizel motora su strukturno različite. Kod benzinskog motora, površina glave je ravna ili blizu nje. Ponekad u njemu postoje žljebovi koji olakšavaju potpuno otvaranje ventila. Klipovi motora opremljeni sistemom za direktno ubrizgavanje goriva (DNFT) imaju složeniji oblik. Glava klipa u dizel motoru značajno se razlikuje od benzinskog motora - zahvaljujući komori za izgaranje u njoj koja ima zadani oblik, osigurava se bolji vrtlog i stvaranje mješavine.

Fotografija prikazuje dijagram klipa motora.

Klipni prstenovi: vrste i sastav

Zaptivni dio klipa uključuje klipne prstenove koji osiguravaju čvrstu vezu između klipa i cilindra. Tehničko stanje motora je određeno njegovom sposobnošću brtvljenja. Ovisno o vrsti i namjeni motora, odabire se broj prstenova i njihova lokacija. Najčešća shema je shema od dva kompresiona prstena i jednog prstena za struganje ulja.

Klipni prstenovi se izrađuju uglavnom od specijalnog sivog livenog gvožđa visoke čvrstoće, koji ima:

• visoki stabilni pokazatelji čvrstoće i elastičnosti na radnim temperaturama tijekom cijelog vijeka trajanja prstena;
• visoka otpornost na habanje u uvjetima intenzivnog trenja;
• dobra svojstva protiv trenja;
• sposobnost brzog i efikasnog prodora na površinu cilindra.

Zahvaljujući legirajućim aditivima hroma, molibdena, nikla i volframa, toplotna otpornost prstenova je značajno povećana. Nanošenjem specijalnih premaza od poroznog kroma i molibdena, kalajisanjem ili fosfatiranjem radnih površina prstenova, poboljšava se njihova nosivost, povećava otpornost na habanje i zaštita od korozije.

Glavna svrha kompresijskog prstena je spriječiti ulazak plinova iz komore za izgaranje u kućište motora. Posebno velika opterećenja padaju na prvi kompresijski prsten. Stoga se pri izradi prstenova za klipove nekih benzinskih i svih dizel motora visokih performansi ugrađuje čelični umetak koji povećava čvrstoću prstenova i omogućava maksimalnu kompresiju. Oblik kompresijskih prstenova može biti:

• trapezoidno;
• u obliku bačve;
• tconical.

Prilikom izrade nekih prstenova, pravi se rez (rez).

Prsten za struganje ulja odgovoran je za uklanjanje viška ulja sa zidova cilindra i sprječavanje njegovog prodiranja u komoru za sagorijevanje. Odlikuje se prisustvom mnogih drenažnih rupa. Neki prstenovi su dizajnirani sa opružnim ekspanderima.

Oblik vodilice klipa (inače poznat kao suknja) može biti konusnog ili bačvastog oblika, što vam omogućava da nadoknadite njegovo širenje kada se dostignu visoke radne temperature. Pod njihovim utjecajem, oblik klipa postaje cilindričan. Kako bi se smanjili gubici uzrokovani trenjem, bočna površina klipa je prekrivena slojem antifrikcionog materijala, u tu svrhu se koristi grafit ili molibden disulfid. Zahvaljujući rupama sa izbočinama napravljenim u suknji klipa, klip je pričvršćen.

Jedinica koja se sastoji od klipa, kompresijskih i uljnih prstenova, kao i klipnog zatika obično se naziva grupa klipova. Funkcija njegove veze s klipnjačom dodijeljena je čeličnom klipnom iglu, koji ima cjevasti oblik. Zahtjevi su:

• minimalna deformacija tokom rada;
• visoka čvrstoća pod varijabilnim opterećenjem i otpornost na habanje;
• dobra otpornost na udarce;
• mala masa.

Prema načinu ugradnje, klipni klinovi mogu biti:

• fiksiran u glavicama klipa, ali se rotira u glavi klipnjače;
• osiguran u glavi klipnjače i rotirajući u glavicama klipa;
• slobodno rotirajući u glavicama klipa i u glavi klipnjače.

Prsti instalirani prema trećoj opciji nazivaju se plutajućim. Najpopularnije su jer se lagano i ravnomjerno nose po dužini i obimu. Kada ih koristite, rizik od zaglavljivanja je minimiziran. Osim toga, lako se instaliraju.

Uklanjanje viška toplote iz klipa

Uz značajna mehanička opterećenja, klip je izložen i negativnim utjecajima ekstremno visokih temperatura. Toplota se uklanja iz grupe klipa:

• sistem hlađenja sa zidova cilindra;
• unutrašnja šupljina klipa, zatim klipni klip i klipnjača, kao i ulje koje cirkuliše u sistemu za podmazivanje;
• djelomično hladna mješavina zraka i goriva koja se dovodi u cilindre.

Sa unutrašnje površine klipa, njegovo hlađenje se vrši pomoću:

• prskanje ulja kroz posebnu mlaznicu ili rupu u klipnjači;
• uljna magla u šupljini cilindra;
• ubrizgavanje ulja u područje prstena, u poseban kanal;
• cirkulacija ulja u glavi klipa duž cevastog namotaja.

Video - rad motora sa unutrašnjim sagorevanjem (ciklusi, klip, mešavina, iskra):

Video o četverotaktnom motoru - princip rada:

• osigurava prijenos mehaničkih sila na klipnjaču;
• odgovoran je za zaptivanje komore za sagorevanje goriva;
• osigurava pravovremeno odvođenje viška topline iz komore za sagorijevanje

Rad klipova odvija se u teškim i po mnogo čemu opasnim uslovima - na povišenim temperaturama i povećanim opterećenjima, stoga je posebno važno da klipovi za motore budu efikasni, pouzdani i otporni na habanje. Zato se za njihovu proizvodnju koriste lagani, ali ultra jaki materijali - aluminijumske ili čelične legure otporne na toplinu. Klipovi se izrađuju na dva načina - livenjem ili štancanjem.

Dizajn klipa

Klip motora ima prilično jednostavan dizajn, koji se sastoji od sljedećih dijelova:

Volkswagen AG

1. ICE glava klipa
2. Klipni klip
3. Potporni prsten
4. Šef
5. klipnjača
6. Čelični umetak
7. Prvo kompresioni prsten
8. Drugi kompresijski prsten
9. Prsten za struganje ulja

Dizajnerske karakteristike klipa u većini slučajeva ovise o vrsti motora, obliku njegove komore za izgaranje i vrsti goriva koje se koristi.

Dno

Dno može imati različite oblike ovisno o funkcijama koje obavlja - ravno, konkavno i konveksno. Konkavni oblik dna obezbeđuje efikasniji rad komore za sagorevanje, ali to doprinosi većem stvaranju naslaga tokom sagorevanja goriva. Konveksni oblik dna poboljšava performanse klipa, ali u isto vrijeme smanjuje efikasnost procesa sagorijevanja mješavine goriva u komori.

Klipni prstenovi

Ispod dna se nalaze posebni žljebovi (žljebovi) za ugradnju klipnih prstenova. Udaljenost od dna do prvog kompresijskog prstena naziva se vatreni pojas.

Klipni prstenovi su odgovorni za pouzdanu vezu između cilindra i klipa. Pružaju pouzdanu nepropusnost zbog čvrstog prianjanja na zidove cilindra, što je praćeno intenzivnim trenjem. Motorno ulje se koristi za smanjenje trenja. Za izradu klipnih prstenova koristi se legura livenog gvožđa.

Broj klipnih prstenova koji se mogu ugraditi u klip ovisi o vrsti motora koji se koristi i njegovoj namjeni. Često se sistemi ugrađuju sa jednim prstenom za struganje ulja i dva kompresiona prstena (prvi i drugi).

Uljni prsten i kompresioni prstenovi

Prsten za struganje ulja osigurava pravovremeno uklanjanje viška ulja sa unutrašnjih stijenki cilindra, a kompresijski prstenovi sprječavaju ulazak plinova u kućište radilice.

Kompresijski prsten, koji se nalazi prvi, apsorbira većinu inercijskih opterećenja tokom rada klipa.

Da bi se smanjila opterećenja, u mnogim je motorima čelični umetak ugrađen u žljeb prstena, što povećava čvrstoću i omjer kompresije prstena. Kompresijski prstenovi mogu biti izrađeni u obliku trapeza, bureta, konusa ili sa izrezom.

U većini slučajeva, prsten za struganje ulja opremljen je mnogim rupama za odvod ulja, ponekad i opružnim ekspanderom.

Klipni klip

Ovo je cijevni dio koji je odgovoran za pouzdano spajanje klipa na klipnjaču. Izrađen od legure čelika. Prilikom ugradnje klipnog zatika u otvore, on je čvrsto pričvršćen posebnim pričvrsnim prstenovima.

Klip, klipni klip i prstenovi zajedno čine takozvanu klipnu grupu motora.

Suknja

Dio za vođenje klipnog uređaja, koji može biti izrađen u obliku konusa ili cijevi. Suknja klipa je opremljena sa dva izbočina za spajanje na klip.

Da bi se smanjili gubici trenja, tanak sloj tvari protiv trenja nanosi se na površinu suknje (često se koristi grafit ili molibden disulfid). Donji dio suknje je opremljen prstenom za struganje ulja.

Obvezni proces rada klipnog uređaja je njegovo hlađenje, koje se može izvesti na sljedeće metode:

• prskanje ulja kroz rupe u klipnjači ili mlaznici;
• kretanje ulja duž zavojnice u glavi klipa;
• dovod ulja u područje prstena kroz prstenasti kanal;
• uljna magla

Zaptivni deo

Zaptivni dio i dno su povezani tako da formiraju glavu klipa. U ovom dijelu uređaja nalaze se klipni prstenovi - strugač za ulje i kompresija. Prstenasti prolazi imaju male rupe kroz koje otpadno ulje ulazi u klip, a zatim se odvodi u kućište radilice.

Općenito, klip motora s unutarnjim sagorijevanjem jedan je od najopterećenijih dijelova, koji je podložan jakim dinamičkim i istovremeno termičkim utjecajima. To nameće povećane zahtjeve kako za materijale koji se koriste u proizvodnji klipova tako i za kvalitetu njihove izrade.

Rotacioni klipni motor ili Wankel motor je motor u kojem je glavni radni element planetarno kružno kretanje. Ovo je fundamentalno drugačiji tip motora, koji se razlikuje od svojih klipnih kolega iz porodice motora sa unutrašnjim sagorevanjem.

Dizajn takve jedinice koristi rotor (klip) s tri lica, izvana tvoreći Reuleauxov trokut, koji vrši kružne pokrete u cilindru posebnog profila. Najčešće je površina cilindra napravljena duž epitrohoide (ravne krivulje dobivene točkom koja je kruto povezana s krugom koji se kreće duž vanjske strane drugog kruga). U praksi možete pronaći cilindar i rotor drugih oblika.

Komponente i princip rada

Dizajn motora tipa RPD je izuzetno jednostavan i kompaktan. Na osi jedinice je ugrađen rotor koji je čvrsto povezan sa zupčanikom. Potonji ulazi u zahvat sa statorom. Rotor, koji ima tri strane, kreće se duž epitrohoidne cilindrične ravni. Kao rezultat toga, promjenjivi volumeni radnih komora cilindra se prekidaju pomoću tri ventila. Zaptivne ploče (krajnje i radijalne) su pritisnute na cilindar pod dejstvom gasa i usled delovanja centripetalnih sila i trakastih opruga. Ovo rezultira 3 izolovane komore različitih volumetrijskih dimenzija. Ovdje se izvode procesi kompresije nadolazeće mješavine goriva i zraka, širenja plinova, vršenja pritiska na radnu površinu rotora i čišćenja komore za sagorijevanje od plinova. Kružno kretanje rotora prenosi se na ekscentričnu osu. Sama osovina je smještena na ležajevima i prenosi rotacijski moment na mehanizme prijenosa. U ovim motorima, dva mehanička para rade istovremeno. Jedan, koji se sastoji od zupčanika, reguliše kretanje samog rotora. Drugi pretvara rotaciono kretanje klipa u rotaciono kretanje ekscentrične ose.

Dijelovi motora s rotacionim klipom

Princip rada Wankel motora

Na primjeru motora ugrađenih na automobile VAZ, mogu se spomenuti sljedeće tehničke karakteristike:
— 1.308 cm3 – radna zapremina RPD komore;
— 103 kW/6000 min-1 – nazivna snaga;
— težina motora 130 kg;
— 125.000 km – vijek trajanja motora prije prvog kompletnog remonta.

Formiranje miješanja

U teoriji, u RPD se koristi nekoliko tipova formiranja mješavine: vanjski i unutrašnji, na bazi tekućih, čvrstih i plinovitih goriva.
Što se tiče čvrstih goriva, vrijedi napomenuti da se ona u početku gasificiraju u plinskim generatorima, jer dovode do povećanog stvaranja pepela u cilindrima. Stoga su plinovita i tečna goriva sve više rasprostranjena u praksi.
Mehanizam stvaranja mješavine u Wankel motorima ovisit će o vrsti goriva koje se koristi.
Kada se koristi plinovito gorivo, ono se miješa sa zrakom u posebnom odjeljku na ulazu u motor. Zapaljiva smjesa ulazi u cilindre u gotovom obliku.

Smjesa se priprema od tečnog goriva na sljedeći način:

1. Vazduh se meša sa tečnim gorivom pre nego što uđe u cilindre, gde ulazi zapaljiva smeša.
2. Tečno gorivo i vazduh ulaze u cilindre motora odvojeno i mešaju se unutar cilindra. Radna smeša se dobija kada dođu u kontakt sa zaostalim gasovima.

Shodno tome, mješavina goriva i zraka može se pripremiti izvan cilindara ili unutar njih. To dovodi do razdvajanja motora s unutarnjim ili vanjskim stvaranjem mješavine.

Karakteristike RPD-a

Prednosti

Prednosti rotacionih klipnih motora u odnosu na standardne benzinske motore:

— Nizak nivo vibracija.
Kod motora tipa RPD ne postoji konverzija povratnog kretanja u rotaciono kretanje, što omogućava jedinici da izdrži velike brzine sa manje vibracija.

— Dobre dinamičke karakteristike.
Zahvaljujući svom dizajnu, takav motor ugrađen u automobil omogućava mu da ubrza iznad 100 km/h pri velikim brzinama bez prevelikog opterećenja.

— Dobri specifični indikatori snage sa malom težinom.
Zbog odsustva radilice i klipnjača u konstrukciji motora, postiže se mala masa pokretnih dijelova u RPD-u.

— U motorima ovog tipa praktički nema sistema za podmazivanje.
Ulje se dodaje direktno u gorivo. Sama mješavina goriva i zraka podmazuje parove trenja.

— Motor sa rotacionim klipom ima male ukupne dimenzije.
Instalirani rotacijski klipni motor omogućava vam da maksimalno iskoristite korisni prostor u motornom prostoru automobila, ravnomjerno rasporedite opterećenje na osovine vozila i bolje izračunate lokaciju elemenata i komponenti mjenjača. Na primjer, četverotaktni motor iste snage bit će dvostruko veći od rotacionog motora.

Nedostaci Wankel motora

— Kvalitet motornog ulja.
Prilikom rada ovog tipa motora potrebno je obratiti dužnu pažnju na kvalitetan sastav ulja koje se koristi u Wankel motorima. U skladu s tim, rotor i komora motora imaju veliku kontaktnu površinu, habanje motora se događa brže, a takav se motor stalno pregrijava. Neredovne izmjene ulja uzrokuju ogromnu štetu na motoru. Habanje motora se značajno povećava zbog prisustva abrazivnih čestica u korištenom ulju.

— Kvaliteta svjećica.
Operateri ovakvih motora moraju biti posebno zahtjevni u pogledu kvaliteta svjećica. U komori za sagorevanje, zbog male zapremine, izduženog oblika i visoke temperature, proces paljenja smeše je otežan. Posljedica je povećana radna temperatura i periodična detonacija komore za sagorijevanje.

— Materijali zaptivnih elemenata.
Značajan nedostatak motora tipa RPD je nepouzdana organizacija zaptivki između prostora između komore u kojoj gori gorivo i rotora. Struktura rotora takvog motora je prilično složena, pa su brtve potrebne i na rubovima rotora i na bočnoj površini koja je u kontaktu s poklopcima motora. Površine koje su podložne trenju moraju se stalno podmazati, što rezultira povećanom potrošnjom ulja. Praksa pokazuje da motor tipa RPD može potrošiti od 400 grama do 1 kg ulja na svakih 1000 km. Ekološki učinak motora se smanjuje, jer gorivo sagorijeva zajedno s uljem, što dovodi do ispuštanja velike količine štetnih tvari u okoliš.

Zbog svojih nedostataka, takvi motori se ne koriste široko u automobilskoj industriji i proizvodnji motocikala. Ali kompresori i pumpe se proizvode na bazi RPD-a. Modelari aviona često koriste takve motore za dizajniranje svojih modela. Zbog niskih zahtjeva za efikasnošću i pouzdanošću, dizajneri ne koriste složen sistem brtvljenja u takvim motorima, što značajno smanjuje njegovu cijenu. Jednostavnost njegovog dizajna omogućava da se lako integriše u model aviona.

Efikasnost dizajna rotacionog klipa

Uprkos brojnim nedostacima, studije su pokazale da je ukupna efikasnost Wankel motora prilično visoka po savremenim standardima. Njegova vrijednost je 40 – 45%. Poređenja radi, efikasnost klipnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem je 25%, a savremenih turbodizelaša oko 40%. Najveća efikasnost klipnih dizel motora je 50%. Do danas naučnici nastavljaju da rade na pronalaženju rezervi za povećanje efikasnosti motora.

Konačna efikasnost motora sastoji se od tri glavna dijela:

1. Učinkovitost goriva (indikator koji karakterizira racionalnu upotrebu goriva u motoru).

Istraživanja u ovoj oblasti pokazuju da samo 75% goriva u potpunosti sagorijeva. Smatra se da se ovaj problem može riješiti razdvajanjem procesa sagorijevanja i ekspanzije plinova. Potrebno je obezbijediti uređenje posebnih komora pod optimalnim uslovima. Sagorijevanje se mora odvijati u zatvorenom volumenu, podložno povećanju temperature i pritiska, proces ekspanzije mora se odvijati na niskim temperaturama.

1. Mehanička efikasnost (karakterizira rad koji je rezultirao formiranjem obrtnog momenta glavne osovine koji se prenosi na potrošača).

Oko 10% rada motora troši se na pogon pomoćnih komponenti i mehanizama. Ovaj nedostatak se može ispraviti izmjenama u dizajnu motora: kada glavni pokretni radni element ne dodiruje stacionarno tijelo. Duž cijele putanje glavnog radnog elementa mora biti prisutna ruka konstantnog momenta.

1. Toplotna efikasnost (indikator koji odražava količinu toplotne energije proizvedene sagorevanjem goriva, pretvorenu u koristan rad).

U praksi, 65% proizvedene toplotne energije izlazi sa izduvnim gasovima u spoljašnje okruženje. Brojna istraživanja su pokazala da je moguće postići povećanje termičke efikasnosti u slučaju kada bi konstrukcija motora omogućila sagorijevanje goriva u termoizoliranoj komori, tako da se maksimalne temperature postižu od samog početka, a pri na kraju se ova temperatura svodi na minimalne vrijednosti uključivanjem parne faze.

Trenutno stanje rotacijskog klipnog motora

Značajne tehničke poteškoće stajale su na putu masovne primjene motora:
— razvijanje visokokvalitetnog procesa rada u komori nepovoljnog oblika;
— osiguranje nepropusnosti zaptivanja radnih zapremina;
— projektovanje i izrada strukture delova karoserije koja će pouzdano služiti čitav životni ciklus motora bez deformisanja u slučaju neravnomernog zagrevanja ovih delova.
Kao rezultat ogromnog obavljenog istraživačko-razvojnog rada, ove kompanije su uspjele riješiti gotovo sve najsloženije tehničke probleme na putu stvaranja RPD-a i došle do faze svoje industrijske proizvodnje.

Prvi masovno proizvedeni NSU Spider automobil sa RPD-om počeo je da proizvodi NSU Motorenwerke. Zbog čestih remonta motora zbog gore navedenih tehničkih problema tokom ranog razvoja dizajna Wankel motora, garancijske obaveze NSU-a dovele su do njegovog finansijskog kolapsa i bankrota i naknadnog spajanja sa Audijem 1969. godine.
Između 1964. i 1967. proizvedeno je 2.375 automobila. Godine 1967. Spider je ukinut i zamijenjen je NSU Ro80 s drugom generacijom rotacionog motora; Tokom deset godina proizvodnje Ro80 proizvedeno je 37.398 vozila.

Mazdini inženjeri su se najuspješnije nosili s ovim problemima. Ostaje jedini masovni proizvođač automobila sa rotacionim klipnim motorima. Modificirani motor serijski je instaliran na Mazdu RX-7 od 1978. godine. Od 2003. godine nasledstvo je preuzeo model Mazda RX-8, koji je trenutno masovno proizvedena i jedina verzija automobila sa Wankel motorom.

Russian RPD

Prvi spomen rotacionog motora u Sovjetskom Savezu datira iz 60-ih godina. Istraživački rad na rotacionim klipnim motorima započeo je 1961. godine, prema odgovarajućoj uredbi Ministarstva automobilske industrije i Ministarstva poljoprivrede SSSR-a. Industrijska istraživanja sa daljom proizvodnjom ovog dizajna započela su 1974. godine u VAZ-u. Specijalni konstruktorski biro rotacionih klipnih motora (SKB RPD) stvoren je posebno za tu svrhu. Kako nije bilo moguće kupiti licencu, serijski Wankel iz NSU Ro80 je rastavljen i kopiran. Na osnovu toga razvijen je i sastavljen motor VAZ-311, a ovaj značajan događaj dogodio se 1976. godine. VAZ je razvio cijelu liniju RPD motora od 40 do 200 konjskih snaga. Finalizacija dizajna trajala je skoro šest godina. Bilo je moguće riješiti niz tehničkih problema vezanih za performanse plinskih i uljnih zaptivki, ležajeva, te otkloniti efikasan radni proces u komori nepovoljnog oblika. VAZ je 1982. godine javnosti predstavio svoj prvi serijski automobil sa rotacionim motorom ispod haube, bio je to VAZ-21018. Automobil je spolja i konstrukcije bio kao i svi modeli ove linije, sa jednim izuzetkom, naime, ispod haube se nalazio jednodelni rotacioni motor snage 70 KS. Dužina razvoja nije spriječila da dođe do neugodnosti: na svih 50 eksperimentalnih mašina došlo je do kvarova motora tokom rada, što je primoralo postrojenje da na njegovo mjesto ugradi konvencionalni klipni motor.

VAZ 21018 sa rotacionim klipnim motorom

Utvrdivši da su uzrok problema vibracije mehanizama i nepouzdanost zaptivki, projektanti su pokušali da spasu projekat. Već 1983. godine pojavili su se dvodijelni VAZ-411 i VAZ-413 (sa snagom od 120, odnosno 140 KS). Unatoč niskoj efikasnosti i kratkom vijeku trajanja, rotacijski motor je i dalje našao polje primjene - saobraćajnoj policiji, KGB-u i Ministarstvu unutrašnjih poslova potrebne su moćne i neupadljive mašine. Opremljeni rotacionim motorima, Zhiguli i Volga lako su sustizali strane automobile.

Od 80-ih godina 20. veka, SKB je fasciniran novom temom - primenom rotacionih motora u srodnoj industriji - vazduhoplovstvu. Odmak od glavne industrije primjene RPD-a doveo je do činjenice da je za vozila s pogonom na prednje kotače rotacijski motor VAZ-414 stvoren tek 1992. godine, a trebalo je još tri godine. Godine 1995. VAZ-415 je dostavljen na certifikaciju. Za razliku od svojih prethodnika, univerzalan je i može se ugraditi ispod haube automobila sa pogonom na stražnje kotače (klasični i GAZ) i automobila s pogonom na prednje kotače (VAZ, Moskvich). Dvodelni Wankel ima zapreminu od 1308 cm 3 i razvija snagu od 135 KS. pri 6000 o/min. On ubrzava "99" do stotke za 9 sekundi.

Rotacioni klipni motor VAZ-414

Trenutno je zamrznut projekat razvoja i implementacije domaćeg RPD-a.

Ispod je video o dizajnu i radu Wankel motora.