Na masie radzieckie samochody nie było żadnych specjalnych innowacji technicznych - bez oleju napędowego, bez automatycznej skrzyni biegów, bez hydropneumatycznego zawieszenia, bez turbodoładowania. W rozległym kraju poszukiwane były dowolne samochody - iz różnych powodów dość proste i łatwe w utrzymaniu projekty były produkowane masowo.
Tym bardziej zaskakujące jest to, że „Sowieci mieli swoją dumę”, a nawet jaki silnik rotacyjny przeznaczony do samochodów osobowych. silnik tłokowy! Co więcej, „temat rotacyjny” był przerośnięty plotkami, spekulacjami i legendami już na początku lat osiemdziesiątych, a nawet pojawienie się samochodów VAZ z RPD w bezpłatnej sprzedaży w szalonych latach dziewięćdziesiątych nie było kropką nad i.
Prekursorzy: Felix Heinrich Wankel
Felix Wankel, niemiecki inżynier-samouk, zaczął opracowywać silnik z tłokiem obrotowym już w latach dwudziestych, jednak w okresie przedwojennym nie udało mu się doprowadzić do perfekcji prototypowych silników lotniczych, mimo wsparcia BMW i Ministerstwa Lotnictwa .
Po II wojnie światowej sprzęt Wankla został zdemontowany i wywieziony do Francji. Mimo to konstruktor nie zaprzestał prac nad własnym RPD - teraz przy wsparciu NSU. W połowie lat pięćdziesiątych Wankel ukończył część teoretyczną iw 1957 roku wykonał prototyp, na podstawie wyników testów, których dokonano niezbędnych zmian w projekcie.
 |
Ojciec Rotora - Felix Wankel
Twórczość Wankla nie miała bynajmniej charakteru „akademickiego”: w 1963 r. model produkcyjny NSU - Prince Spyder, a później sedan klasy biznes NSU Ro 80 również został wyposażony w innowacyjny silnik.
1 / 4
2 / 4
3 / 4
4 / 4
1 / 2
2 / 2
Gdy Audi„w spadku” dostała markę NSU i jej rozwój, wypuściła nawet prototyp Audi KKM oparty na „splocie” drugiej generacji. W przyszłości temat silników Wankla nie był kontynuowany w Audi.
Jednak dość szybko cechy RPD uniemożliwiły mu zwycięstwo rynkowe nad tradycyjnymi tłokowymi ICE z mechanizmem korbowym. Jednak w latach seryjnej produkcji silników Wankla wielu głównych producentów samochodów, z których część przez długi czas poważnie i poważnie podeszła do rozwoju „motywu rotacyjnego”. Być może najbardziej znanym producentem RPD jest Japończyk Firma Mazda który stworzył silnik Renesis.
1 / 8
2 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje silniki w niezwykłą konstrukcję. sportowe coupé
3 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje sportowe coupe w niezwykłą konstrukcję silnika.
4 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje sportowe coupe w niezwykłą konstrukcję silnika.
5 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje sportowe coupe w niezwykłą konstrukcję silnika.
6 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje sportowe coupe w niezwykłą konstrukcję silnika.
7 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje sportowe coupe w niezwykłą konstrukcję silnika.
8 / 8
Mazda natychmiast zaczęła wyposażać swoje sportowe coupe w niezwykłą konstrukcję silnika.
1 / 2
2 / 2
Mazda Roadpacer - pod tą nazwą Japończycy sprzedawali sedana Australian Holden z jego RPD w USA!
1 / 3
2 / 3
Przez dziesięciolecia produkcji to właśnie japońska firma Mazda „przywodziła na myśl” wirnik – oczywiście na tyle, na ile było to możliwe.
3 / 3
Przez dziesięciolecia produkcji to właśnie japońska firma Mazda „przywodziła na myśl” wirnik – oczywiście na tyle, na ile było to możliwe.
Wyprodukowano w ZSRR
Jak pomysł rozpoczęcia produkcji silników z tłokiem obrotowym mógł pojawić się w VAZ?
W ZSRR w połowie XX wieku opracowano różne alternatywne konstrukcje silników tłokowych - oczywiście nie dla przemysłu motoryzacyjnego, ale dla lotnictwa. Potencjalnie takie silniki mogłyby zapewnić wyższą stopę zwrotu, co było szczególnie cenne w konstrukcji samolotów. Bezpośrednio do tematu RPD w Związku Radzieckim rozpoczęto w okresie „przed VAZ” - pod kierunkiem Ministerstwa Przemysłu Motoryzacyjnego i Ministerstwa Rolnictwa podjęły się trzy instytuty badawcze (NAMI, NATI i VNIImotoprom) Praca badawcza do powstania RPD.
Artykuły / Historia
Ważny ptak: historia rozwoju GAZ-13 Mewa
Nawiasem mówiąc, Nikita Siergiejewicz Chruszczow, który obalił kult jednostki Stalina, również wykorzystał amerykańską technologię jako pojazd. W osobistym użytku przyszłego pierwszego sekretarza KC KPZR w latach 1944–1949 był ...
13936 2 21 09.12.2016
Dlatego rozwój Wankla i jego praktyczne wdrożenie w samochodach produkcyjnych w Związku Radzieckim nie pozostało niezauważone. Co więcej, w niektórych samochodach może pojawić się zapotrzebowanie na lekki i mocny silnik. specjalny cel- na przykład tzw. „łapacze” lub samochody sportowe.
Tradycyjnie dla przemysłu motoryzacyjnego ZSRR decyzję o silnej woli można było podjąć tylko „na samej górze” - czyli na szczeblu ministerstwa.
Jednak wirnik w VAZ został przyjęty na zamówienie Dyrektor generalny Volga Automobile Plant w 1973 r. - wydawałoby się, według własnego uznania. Ale nie wszystko jest takie proste: przed przejściem do nowy projekt- budowa giganta samochodowego Wołgi, w 1965 r. Wiktor Nikołajewicz Poliakow pełnił funkcję wiceministra przemysłu samochodowego ZSRR, aw 1975 r. Całkowicie powrócił na fotel ministerialny, kierując Ministerstwem Przemysłu Motoryzacyjnego ZSRR. Tym samym można argumentować, że prace nad wirnikiem zostały zatwierdzone „bez dwóch minut” przez Ministra Motoryzacji i jego byłego zastępcę w jednej osobie.
Tak więc po wydaniu odpowiedniego rozkazu Dyrektora Generalnego utworzono specjalne biuro projektowe, którego zadaniem było nie tylko opracowanie silników własnego projektu, ale także wyeliminowanie „ogólnych wad” silnika Wankla, które radzieckie projektanci byli już świadomi.
W przeciwieństwie do zachodnich kolegów „własny projekt” w ZSRR tak naprawdę oznaczał opracowanie własnej wersji, a nie zakup patentu lub gotowej licencji. Podobnie jak w przypadku automatycznej skrzyni biegów, z braku opcji radzieccy inżynierowie zostali zmuszeni do stworzenia własnej wersji jednosekcyjnego silnika Wankla, demontując w tym celu jeden japoński RPD. Jednak wcześniej do „testów w terenie” silnik pobrany z Mazdy RX-2 specjalnie zakupionej do pracy na wirniku został zainstalowany w Zhiguli trzeciego modelu.
1 / 4
2 / 4
Mazda RX-2 została dawcą VAZ zarówno projektu, jak i pierwszego RPD zainstalowanego na Zhiguli
3 / 4
Mazda RX-2 została dawcą VAZ zarówno projektu, jak i pierwszego RPD zainstalowanego na Zhiguli
4 / 4
Mazda RX-2 została dawcą VAZ zarówno projektu, jak i pierwszego RPD zainstalowanego na Zhiguli
Już na wczesnych etapach w VAZ mieli do czynienia z faktem, że pomimo swojej zwartości i wysokiego stosunku mocy do masy lekki i mocny RPD nie był zbyt ekonomiczny i przyjazny dla środowiska, a także wyróżniał się częstymi awariami uszczelek . W rzeczywistości z tym problemem walczyli od dziesięcioleci wszyscy, którzy zajęli się silnikami Wankla, poczynając od samego niemieckiego inżyniera - noszącego to nazwisko. Nawiasem mówiąc, to właśnie niska niezawodność uszczelek była przyczyną szybkiej awarii silników w NSU Ro-80, co zmusiło producenta do szybkiego zaprzestania produkcji tego samochodu i „zamknięcia tematu wirnika”.
Pierwszy prototyp SKB RPD pod oznaczeniem VAZ-301 był gotowy już w 1976 roku, ale było jeszcze za wcześnie, aby mówić o jakimkolwiek uruchomieniu wirnika w Togliatti - projekt okazał się wyraźnie „surowy”.
Wersja silnika z tłokiem obrotowym VAZ została doceniona nawet przez ... samego Felixa Wankla, który specjalnie odwiedził w tym celu Volga Automobile Plant. „Ojciec wirnika” zatwierdził ogólny układ Togliatti RPD.
Już w 1982 roku zademonstrowano VAZ-21018 - zwykły VAZ-21011 z silnikiem VAZ-311 o mocy 70 KM.
Aby zidentyfikować wady konstrukcyjne w warunkach rzeczywistych, wyprodukowano partię 50 silników, które zainstalowano na pięciu tuzinach Zhiguli, ale zaledwie sześć miesięcy później wszystkie silniki, z wyjątkiem jednego (!), Musiały zostać wymienione na tradycyjne te. Uszczelki i łożyska szybko się zepsuły, a dodatkowo silnik okazał się słabo wyważony i dość żarłoczny.
Na ziemi iw niebie
Po pierwszej poważnej awarii i wynikających z niej karach dyscyplinarnych VAZ nie zaprzestał prac nad wirnikami, ale ostatecznie zdecydował się przejść z konstrukcji jednosekcyjnej na dwusekcyjną. Taki silnik był potencjalnie nie tylko mocniejszy, ale i bardziej niezawodny.
Do tego czasu radziecki wirnik potencjalnie miał już całkiem namacalny zakres - na przykład do instalacji w samochodach służbowych sił specjalnych policji drogowej, Ministerstwa Spraw Wewnętrznych i KGB. W pojazdach departamentalnych niedociągnięcia, takie jak nie najlepsza oszczędność paliwa, zniknęły w tle, a decydujące znaczenie miała wysoka dynamika. Bardzo ważne jest, aby podczas pracy na pojazdach służbowych specjaliści VAZ mogli otrzymywać w formie standardowych raportów dokładna informacja o niedociągnięciach i wadach stwierdzonych w praktyce, ale w mniej więcej takich samych warunkach, co zapewniało pewien obiektywizm oceny.
Od czasu do czasu prasa radziecka rzadko donosiła o silniku o niezwykłej konstrukcji.
Do 1983 roku opracowano dwa nowe dwuczęściowe RPD - VAZ-411 o mocy 110-120 koni mechanicznych i 140-konny VAZ-413. Założono, że wirniki zostaną zainstalowane nie tylko na „rodzimym” zakładzie Zhiguli różne modele, ale także do innych pojazdów organów ścigania - w szczególności Wołgi. Oczywiście instalacja takiej jednostki napędowej w sedanie Fabryka Samochodów Gorkiego wymagało odpowiedniej rewizji mocowania i niektórych jednostek transmisyjnych.
1 / 3
2 / 3
VAZ-21059 - obrotowa „pięć”. Nadal nie ma różnicy w stosunku do zwykłego na zewnątrz.
3 / 3
VAZ-21059 - obrotowa „pięć”. Nadal nie ma różnicy w stosunku do zwykłego na zewnątrz.
Jednocześnie lotnicy zwrócili również uwagę na prawie gotowe do użycia RPD, którzy zlecili Biuru Togliattiego opracowanie wariantu do użytku na śmigłowcach i lekkich samolotach.
Jednak silnikiem typu tłok obrotowy zainteresowało się wiele innych przedsiębiorstw, które zleciły opracowanie jednostek do łodzi, płazów, a nawet motocykli od Togliatti! Zakład świadczył te usługi na podstawie umów na warunkach samoobsługi, które były wówczas szeroko stosowane, więc działalność Specjalnego Biura Projektowego nie była nieopłacalna dla VAZ. Również prototypy silników lotniczych VAZ-416 i VAZ-426 zostały opracowane już w dobie funkcjonowania STC VAZ w połowie lat dziewięćdziesiątych.
Różne typy aplikacji RPD pozwoliły projektantom to zrozumieć Konstruktywne decyzje silniki samochodowe i lotnicze nie mogą być całkowicie identyczne ze względu na znaczną różnicę w trybach pracy silników w transporcie lotniczym i drogowym.
Artykuły / Historia
Złożone rodzaje „antylopy”: historia powstania VAZ-2110
Na długo przed wydaniem trzydrzwiowego hatchbacka 2108 dla twórców stało się jasne, że muszą wymienić szczerze przestarzały Zhiguli nowy sedan. Zdania były podzielone: część projektantów była zdania, że...
50282 11 10 20.12.2015
Dlatego jednoczesne opracowanie „jednego” wirnika jest pozbawione praktycznego znaczenia - można raczej łączyć prace zgodnie z technologicznymi i baza produkcyjna a nie konkretne rozwiązania.
RPD i napęd na przednie koła
Powstaje pytanie: co z samochodami z napędem na przednie koła? Naprawdę VAZ nie zwrócił uwagi na własną „ósemkę”?
Oczywiście zwrócił uwagę: prace nad RPD dla zasadniczo nowej rodziny rozpoczęły się, gdy VAZ-2108 był właśnie przygotowywany do produkcji - w 1979 r., Ale powrócili do tematu „wirnika z napędem na przednie koła”, a dokładniej w początek pierestrojki, po zawarciu umowy z Zaporoskim Zakładem Samochodowym. A do 1987 roku opracowano prototypy VAZ-414 pojazdy z napędem na przednią oś VAZ i ZAZ, a także w Tolyatti, stworzyli wersję swojego 40-konnego RPD pod indeksem 1185 nawet dla ... Oka! Ale w przyszłości kierownictwo preferowało kierunek lotniczy, a prace nad samochodowymi RPD zostały zawieszone.
Produkcja na małą skalę niezwykłej modyfikacji Zhiguli opartej na „piątce” trwała do rozpadu ZSRR, chociaż rządowe zakupy takich pojazdów przez organy ścigania były dość małe, a samochody z wirnikami pod maską nie były sprzedawane ” na bok".
Ale wkrótce zakład nie był w ogóle gotowy do własnych nowych rozwiązań - pod koniec lat osiemdziesiątych wsparcie rządowe fabryki samochodów zostały ograniczone, a robotnicy fabryczni nie mieli nic do roboty bez, na przykład, tworzenia obiecującego lub.
Najnowszy samochód RPD VAZ
Wracając do tematu rotacji silniki samochodowe powrócili do VAZ dopiero w rosyjskim okresie działalności zakładu, znajdując okazję nawet w trudnych latach dziewięćdziesiątych, aby „wydostać się z ubrania” ciekawego rozwoju. Rzeczywiście, na świecie w tamtym czasie od dawna istniały „rozgrzane” modyfikacje zwykłych miejskich hatchbacków, z którymi VAZ RPD był dość porównywalny pod względem rozwiniętej mocy.
Obecność takiego silnika w samochodach z rodziny 2108 mogłaby „rozweselić” zainteresowanie konsumentów - przynajmniej w Togliatti na to liczyli.
Nawet w trudnych warunkach nowy RPD dla Samary został opanowany dość szybko - na szczęście silnik VAZ-415 nie musiał być opracowywany od podstaw. Niektóre źródła podają, że prace wykończeniowe podczas przekształcania go w produkt seryjny przeprowadzono dość pospiesznie lub niezbyt pomyślnie, w wyniku czego silnik nadal zachował szereg wad charakterystycznych dla pozostałych RPD VAZ. Istnieje jednak inna opinia, że \u200b\u200bprzeciwnie, ten silnik pochłonął wszystkie zalety poprzednich rozwiązań - zarówno wystarczający zasób znany z 413. silnika, jak i „gęsty” układ odziedziczony po VAZ-414.
Niemal jednocześnie zaktualizowano również klasykę: w 1992 r. Na podstawie „siódemki” rozpoczęto produkcję modyfikacji Zhiguli VAZ-21079 ze 140-konnym silnikiem VAZ-4132.
1 / 3
2 / 3
Siódmy model był ostatnim Zhiguli z RPD
3 / 3
Siódmy model był ostatnim Zhiguli z RPD
Jednak w 1997 roku VAZ-415 ostatecznie otrzymał certyfikat, który pozwolił na jego instalację w zwykłych samochodach towarowych, które wkrótce pojawiły się w salonach samochodowych.
„W życiu cywilnym”: po udostępnieniu zwykłym śmiertelnikom RPD natychmiast pojawił się na łamach rosyjskich publikacji samochodowych
Oczywiście cena samochodu wzrosła o dość namacalne w tym czasie 2,2-2,5 tysiąca dolarów, ale dynamika G8 poprawiła się o rząd wielkości. W końcu 120-140 „obrotowych” koni mechanicznych pozwoliło uzyskać setkę z postoju w 8-9 sekund, a rzeczywista prędkość maksymalna zbliżyła się do cenionych 200 km / h. Zużycie paliwa oczywiście w tym samym czasie wahało się od 8 do 14 litrów. Ale kompaktowy silnik obrotowy rozkręcił się do oszałamiających 8 tysięcy obrotów, dostarczając „pilotowi” wrażeń nieporównywalnych z przyspieszeniem konwencjonalnego „dłuta”.
RPD-415 pod maską VAZ-2108 wygląda dość ekologicznie. Ale jednocześnie silnik jest zauważalnie bardziej kompaktowy niż natywny. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
RPD zawsze słynęło z „gorącego temperamentu”, więc chłodnica oleju potrzebował tego jak powietrza. Lub woda. Ogólnie do chłodzenia. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
Widok z dołu sugeruje, że to jakaś bardzo trudna „ósemka”. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
Zapłon mikroprocesorowy można było również znaleźć w VAZ-2108 z konwencjonalnym silnikiem spalinowym. Ale bardzo rzadko. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
Niestety, jednocześnie wirnik, dla większości niejasny, pozostał „rzeczą samą w sobie” - zwykli opiekunowie nie znali technologii jego naprawy, a części zamienne nie były sprzedawane w żadnym sklepie za rogiem.
Ponadto do tego czasu nabierał już rozpędu w zwykłych silnikach VAZ, aw RPD archaiczny gaźnik Solex nadal był odpowiedzialny za moc.
Mieszanka RPD została przygotowana przez znanego Solexa, ale z własnymi poprawkami. „Sektor gazowy” miał dodatkową dźwignię do napędzania dozowania Pompa olejowa- smarownica. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
Widok z góry VAZ-415 ze zdemontowanym gaźnikiem. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
I pomimo obecności mikroprocesorowego układu zapłonowego (MPSZ), wirnik nie mógł pochwalić się skargą i (co najważniejsze!) Trwałością konwencjonalnego tłokowego ICE. Rzeczywiście, przy zadeklarowanym zasobie 125 000 km wiele silników zaczęło szybko „umierać” po 50 000 km, co ułatwiło użycie „niewłaściwego” oleju. Jak z japońskie samochody Mazda z RPD podczas uruchamiania silnika gwałtownie się pogorszyła, a zużycie oleju na odpady wzrosło, aw przyszłości silnik może całkowicie ulec awarii.
Szczelność uszczelek jest bolesnym punktem każdego RPD, nie tylko VAZ-415. Zdjęcie: Aleksander Podzolkow
Liczne firmy tuningowe, które pojawiały się w Tolyatti i wokół niego jak grzyby po deszczu w tym czasie oferowały programy tuningowe dla silników konwencjonalnych o różnych budżetach i stopniach interwencji, co pozwoliło usunąć prawie taką samą moc jak wirnik bez zauważalnej utraty ratunek. Ale RPD z tradycyjnym systemem zasilania było niemożliwe do wciśnięcia w przyszłość regulacje środowiskowe Euro 2, do którego nowo opanowany wtrysk VAZ odpowiadał bez żadnych problemów.
Ze względu na niemasową produkcję w przyszłości ani praca, ani sama produkcja RPD nie były dla VAZ bardzo interesujące, ponieważ podobnie jak w historii Mazdy mogły być podyktowane jedynie względami wizerunkowymi. Co w przypadku Fabryki Samochodów Togliatti nie było wystarczająco mocnym argumentem…
Z wielu wymienionych powodów już na początku 2000 roku wirnik VAZ zaczął gwałtownie tracić impet. Tak, VAZ-415 zdołał przymierzyć nawet „dziesięć” i „tag” odpowiednio w modyfikacjach 2110-91 i 2115-91, ale wkrótce produkcja silników obrotowych w VAZ została przerwana, a sam SKB RPD, który opracowała swój najnowszy produkt w 2001 roku, została ponownie zarejestrowana.
Prawie cztery tuziny opracowań na przestrzeni 26 lat - projektanci SKB RPD dużo pracowali nad rotacyjnym motywem
Po 2004 roku działalność biura projektowego w ramach prac nad silnikami RPD została ostatecznie zakończona, a około 2007 roku sprzęt został częściowo zdemontowany i zutylizowany. Wydaje się, że w historii sowiecko-rosyjskiego rotora położono na to ostatni punkt.
Czy żałujesz, że obrotowe VAZ nie zadziałały?
Jak wiadomo zasada działania silnika rotacyjnego opiera się na wysokich obrotach i braku ruchów charakterystycznych dla silnika spalinowego. To właśnie odróżnia jednostkę od konwencjonalnego silnika tłokowego. RPD jest również nazywany silnikiem Wankla, a dziś rozważymy jego działanie i oczywiste zalety.
Wirnik takiego silnika znajduje się w cylindrze. Sama obudowa nie jest okrągła, ale owalna, dzięki czemu wirnik o trójkątnej geometrii mieści się w niej normalnie. RPD nie ma wału korbowego i korbowodów, nie ma w nim żadnych innych części, co znacznie upraszcza jego konstrukcję. Innymi słowy, około tysiąca części konwencjonalnego silnika wewnętrzne spalanie nie w RP.
Działanie klasycznego RPD opiera się na prostym ruchu rotora wewnątrz owalnej obudowy. Podczas ruchu wirnika po obwodzie stojana powstają wolne wnęki, w których zachodzą procesy rozruchu zespołu.
Co zaskakujące, jednostka obrotowa jest swego rodzaju paradoksem. Co to jest? I fakt, że ma genialnie prostą konstrukcję, która z jakiegoś powodu się nie zakorzeniła. Ale bardziej złożona wersja tłoka stała się popularna i jest używana wszędzie.
Budowa i zasada działania silnika rotacyjnego
Schemat działania silnika rotacyjnego jest czymś zupełnie innym niż konwencjonalnego silnika spalinowego. Po pierwsze, powinniśmy zostawić konstrukcję silnika spalinowego taką, jaką znamy z przeszłości. Po drugie, staraj się przyswajać nową wiedzę i koncepcje.
Podobnie jak silnik tłokowy, silnik rotacyjny wykorzystuje ciśnienie, które powstaje podczas spalania mieszanki powietrza i paliwa. W silnikach tłokowych ciśnienie to narasta w cylindrach i porusza tłoki tam iz powrotem. Korbowody i wał korbowy przekształcić ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy, który można wykorzystać do obracania kół pojazdu.
RPD jest tak nazwany ze względu na wirnik, czyli część silnika, która się porusza. Ten ruch przenosi moc na sprzęgło i skrzynię biegów. Zasadniczo wirnik wypycha energię z paliwa, która jest następnie przekazywana do kół przez przekładnię. Sam wirnik jest koniecznie wykonany ze stali stopowej i ma, jak wspomniano powyżej, kształt trójkąta.
Kapsuła, w której znajduje się wirnik, jest swego rodzaju matrixem, centrum wszechświata, w którym zachodzą wszystkie procesy. Innymi słowy, w tym owalnym przypadku:
- kompresja mieszanki;
- wtrysk paliwa;
- dostarczanie tlenu;
- zapłon mieszanki;
- powrót spalonych elementów do gniazdka.
Jednym słowem sześć w jednym, jeśli wolisz.
Sam wirnik osadzony jest na specjalnym mechanizmie i nie obraca się wokół jednej osi, lecz biegnie. W ten sposób wewnątrz owalnego ciała powstają izolowane od siebie wnęki, w których zachodzi jeden z procesów. Ponieważ wirnik jest trójkątny, są tylko trzy wnęki.
Wszystko zaczyna się następująco: w pierwszej utworzonej wnęce następuje zasysanie, czyli komora jest wypełniona mieszanka paliwowo-powietrzna, który jest tutaj mieszany. Następnie wirnik obraca się i popycha tę zmieszaną mieszaninę do innej komory. Tutaj mieszanina jest ściskana i zapalana dwiema świecami.
Następnie mieszanka trafia do trzeciej wnęki, gdzie część zużytego paliwa jest wypychana do układu wydechowego.
To jest pełny cykl RPD. Ale nie wszystko jest takie proste. Rozważaliśmy schemat RPD tylko z jednej strony. A te akcje zdarzają się cały czas. Innymi słowy, procesy zachodzą natychmiast z trzech stron wirnika. W rezultacie podczas jednego obrotu jednostki powtarzane są trzy cykle.
Ponadto japońskim inżynierom udało się ulepszyć silnik rotacyjny. Obecnie silniki rotacyjne Mazdy mają nie jeden, ale dwa lub nawet trzy wirniki, co znacznie poprawia osiągi, zwłaszcza w porównaniu z konwencjonalnym silnikiem spalinowym. Dla porównania: dwuwirnikowy RPD jest porównywalny z sześciocylindrowym silnikiem spalinowym, a 3-wirnikowy RPD jest porównywalny z dwunastocylindrowym. Okazuje się więc, że Japończycy okazali się aż tak dalekowzroczni i od razu dostrzegli zalety silnika rotacyjnego.Ponownie, wydajność nie jest jedyną zaletą RPD. Ma ich wiele. Jak wspomniano powyżej, silnik rotacyjny jest bardzo kompaktowy i zużywa aż o tysiąc części mniej niż w takim samym silniku spalinowym. W RPD są tylko dwie główne części - wirnik i stojan, ale nie można sobie wyobrazić nic prostszego.
Zasada działania silnika rotacyjnego
Zasada działania obrotowego silnika tłokowego sprawiła, że kiedyś wielu utalentowanych inżynierów uniosło zdziwione brwi. A dzisiaj utalentowani inżynierowie Mazdy zasługują na wszelkie pochwały i aprobatę. To nie żart uwierzyć w osiągi pozornie zakopanego silnika i dać mu drugie życie, i to jakie!
Wirnik ma trzy wypukłe boki, z których każdy działa jak tłok. Z każdej strony wirnika znajduje się wgłębienie, które zwiększa prędkość obrotową wirnika jako całości, zapewniając więcej miejsca na mieszankę paliwowo-powietrzną. Na górze każdej powierzchni znajduje się metalowa płytka, która tworzy komory, w których zachodzą cykle pracy silnika. Ściany tych komór tworzą dwa metalowe pierścienie po każdej stronie wirnika. Na środku wirnika znajduje się okrąg, w którym znajduje się wiele zębów. Są one połączone z napędem, który jest przymocowany do wału wyjściowego. To połączenie określa ścieżkę i kierunek ruchu wirnika wewnątrz komory.
Komora silnika w przybliżeniu owalny kształt (a dokładniej jest to epitrochoida, która z kolei jest wydłużoną lub skróconą epicykloidą, czyli płaską krzywą utworzoną przez stały punkt koła toczącego się po innym okręgu). Kształt komory jest tak zaprojektowany, aby trzy wierzchołki wirnika zawsze stykały się ze ścianą komory, tworząc trzy zamknięte objętości gazu. W każdej części komory zachodzi jeden z czterech cykli:
- Wlot
- Kompresja
- Spalanie
- Uwolnienie
Otwory wlotowe i wylotowe znajdują się w ścianach komory i nie posiadają zaworów. Port wydechowy podłączony bezpośrednio do rura wydechowa, a wlot jest bezpośrednio podłączony do gazu.
wał wyjściowy posiada półkoliste krzywki umieszczone asymetrycznie względem środka, co oznacza, że są one przesunięte względem osi wału. Każdy wirnik jest umieszczony na jednym z tych występów. Wał wyjściowy jest analogiczny do wału korbowego w silnikach tłokowych. Każdy wirnik porusza się wewnątrz komory i popycha własną krzywkę.
Ponieważ krzywki nie są zamontowane symetrycznie, siła, z jaką naciska na nie wirnik, wytwarza moment obrotowy na wale wyjściowym, powodując jego obrót.
Budowa silnika rotacyjnego
Silnik rotacyjny składa się z warstw. Silniki dwuwirnikowe składają się z pięciu głównych warstw, które są połączone długimi śrubami ułożonymi w okrąg. Chłodziwo przepływa przez wszystkie części konstrukcji.
Kolejna warstwa zawiera bezpośrednio sam wirnik oraz część wydechową.
Centrum składa się z dwóch komór zasilania paliwem, po jednej dla każdego wirnika. Oddziela również te dwa wirniki, dzięki czemu jego zewnętrzna powierzchnia jest bardzo gładka.
Pośrodku każdego wirnika znajdują się dwa duże koła zębate, które obracają się wokół mniejszych kół zębatych i są przymocowane do obudowy silnika. To jest orbita, na której obraca się wirnik.
Oczywiście, gdyby silnik rotacyjny nie miał wad, to z pewnością znalazłby zastosowanie w nowoczesnych samochodach. Możliwe nawet, że gdyby silnik rotacyjny był bezgrzeszny, nie wiedzielibyśmy o silniku tłokowym, ponieważ silnik rotacyjny powstał wcześniej. Wtedy ludzki geniusz, próbując udoskonalić jednostkę, stworzył nowoczesną tłokową wersję silnika.
Ale niestety silnik rotacyjny ma wady. Do takich oczywistych wpadek tego urządzenia należy uszczelnienie komory spalania. W szczególności nie jest to wystarczająco wyjaśnione dobry kontakt sam wirnik ze ściankami cylindra. Podczas tarcia o ścianki cylindra metal wirnika nagrzewa się, w wyniku czego rozszerza się. Sam owalny cylinder również się nagrzewa, a co gorsza - ogrzewanie jest nierównomierne.
Jeśli temperatura w komorze spalania jest wyższa niż w układzie dolotowym/wydechowym, cylinder musi być wykonany z zaawansowanego technologicznie materiału zainstalowanego w różnych miejscach korpusu.
Aby taki silnik mógł się uruchomić, używane są tylko dwie świece zapłonowe. Nie jest już zalecane ze względu na charakterystykę komory spalania. RPD jest wyposażony w zupełnie inną komorę spalania i wytwarza moc na trzy czwarte czasu pracy silnika spalinowego, a sprawność wynosi aż czterdzieści procent. Dla porównania: dla silnika tłokowego ta sama liczba wynosi 20%.
Zalety silnika rotacyjnego
Mniej ruchomych części
Silnik rotacyjny ma znacznie mniej części niż, powiedzmy, 4-cylindrowy silnik tłokowy. Dwuwirnikowy silnik ma trzy główne ruchome części: dwa wirniki i wał wyjściowy. Nawet najprostszy 4-cylindrowy silnik tłokowy ma co najmniej 40 ruchomych części, w tym tłoki, korbowody, korbowody, zawory, wahacze, sprężyny zaworowe, paski rozrządu i wał korbowy. Zminimalizowanie ruchomych części sprawia, że silniki rotacyjne mogą być czymś więcej wysoka niezawodność. Dlatego niektórzy producenci samolotów (na przykład Skycar) stosują silniki rotacyjne zamiast silników tłokowych.
Miękkość
Wszystkie części w silniku obrotowym stale obracają się w tym samym kierunku, w przeciwieństwie do stale zmieniającego się kierunku tłoków w konwencjonalnym silniku. Silnik rotacyjny wykorzystuje wyważone obracające się przeciwwagi do tłumienia wszelkich wibracji. Dostarczanie mocy w silniku rotacyjnym jest również bardziej miękkie. Każdy cykl spalania odbywa się w jednym obrocie wirnika o 90 stopni, wał wyjściowy obraca się trzy razy na każdy obrót wirnika, każdy cykl spalania zajmuje 270 stopni, aby obrócić wał wyjściowy. Oznacza to, że pojedynczy silnik rotacyjny wytwarza trzy czwarte mocy. W porównaniu z jednocylindrowym silnikiem tłokowym spalanie zachodzi co 180 stopni każdego obrotu, czyli tylko ćwierć obrotu wału korbowego.
Powolność
Ze względu na to, że wirniki obracają się z prędkością jednej trzeciej obrotu wału wyjściowego, główne części silnika obracają się wolniej niż części w konwencjonalnym silniku tłokowym. Pomaga również w niezawodności.
Małe wymiary + duża moc
Kompaktowość układu w połączeniu z wysoką sprawnością (w porównaniu z konwencjonalnym silnikiem spalinowym) umożliwia wytworzenie około 200-250 KM z miniaturowego silnika o pojemności 1,3 litra. To prawda, wraz z główną wadą konstrukcyjną w postaci wysokiego zużycia paliwa.
Wady silników obrotowych
Najważniejsze problemy w produkcji silników rotacyjnych:
- Przestrzeganie przepisów dotyczących emisji CO2 jest trudne (ale nie niemożliwe), zwłaszcza w USA.
- Produkcja może być znacznie droższa, w większości przypadków ze względu na produkcję na małą skalę w porównaniu z silnikami tłokowymi.
- Zużywają więcej paliwa, ponieważ sprawność termodynamiczna silnika tłokowego jest zmniejszona w długiej komorze spalania, a także z powodu niskiego stopnia sprężania.
- Silniki obrotowe ze względu na swoją konstrukcję mają ograniczone zasoby - średnio jest to około 60-80 tys. Km
Ta sytuacja po prostu zmusza nas do zaklasyfikowania silników rotacyjnych jako modeli samochodów sportowych. I nie tylko. Znaleźli się dziś zwolennicy silnika rotacyjnego. To słynny producent samochodów Mazda, który wkroczył na ścieżkę samurajów i kontynuował badania mistrza Wankla. Jeśli przypomnimy sobie tę samą sytuację z Subaru, sukces staje się jasny japońscy producenci, czepiając się, jak się wydaje, wszystkiego, co stare i odrzucone przez ludzi Zachodu jako niepotrzebne. Ale tak naprawdę Japończykom udaje się stworzyć coś nowego ze starego. To samo stało się później z silnikami typu bokser, które są dziś „chipem” Subaru. Jednocześnie użycie takich silników uznano za niemal przestępstwo.
Pracami silnika rotacyjnego zainteresowali się także japońscy inżynierowie, którzy tym razem zajęli się udoskonalaniem Mazdy. Stworzyli silnik rotacyjny 13b-REW i dali mu system podwójnego turbosprężarki. Teraz Mazda mogła łatwo się kłócić modele niemieckie, gdyż otworzyła aż 350 koni, ale znowu grzeszyła dużym zużyciem paliwa.
Musiałem podjąć ekstremalne środki. Najnowszy model Mazdy RX-8 z silnikiem rotacyjnym jest już dostępny z mocą 200 koni mechanicznych, aby zmniejszyć zużycie paliwa. Ale to nie jest najważniejsze. Coś innego zasługuje na szacunek. Okazało się, że wcześniej nikt poza Japończykami nie wpadł na pomysł wykorzystania niesamowitej zwartości silnika rotacyjnego. W końcu moc 200 KM. Mazda RX-8 została otwarta z silnikiem o pojemności 1,3 litra. Jednym słowem nowa Mazda wchodzi już na inny poziom, gdzie jest w stanie konkurować z zachodnimi modelami, biorąc pod uwagę nie tylko moc silnika, ale także inne parametry, w tym niskie spalanie.O dziwo, próbowali uruchomić RPD także w naszym kraju. Taki silnik został zaprojektowany do zainstalowania w VAZ 21079, przeznaczonym jako pojazd dla służb specjalnych, ale projekt niestety się nie zakorzenił. Jak zwykle zabrakło pieniędzy z budżetu państwa, które w cudowny sposób są pompowane ze skarbca.
Ale Japończykom się to udało. I nie chcą poprzestać na osiągniętym wyniku. Według najnowszych danych producent Mazda udoskonali silnik i wkrótce pojawi się nowa Mazda, już z zupełnie inną jednostką.
Różne konstrukcje i rozwinięcia silników rotacyjnych
Silnik Wankla
Silnik Zheltysheva
Silnik Zueva
Jak wiadomo, zdecydowana większość nowoczesnych samochodów jest wyposażona w silniki spalinowe lub silniki spalinowe. Istotą ich pracy jest konwersja energii powstającej podczas spalania mieszanka paliwowa, w obrót wału, z którego za pomocą napęd mechaniczny ruch jest przenoszony na koła pojazdu. Zdecydowana większość samochodów korzysta obecnie z silników spalinowych ułożonych według schematu tłoka. Istnieje jednak inny rodzaj silników spalinowych, a mianowicie silniki rotacyjne. Porozmawiamy o tym typie silnika w tym artykule.
Historia silników rotacyjnych rozpoczęła się w 1957 roku, kiedy niemieccy inżynierowie Felix Wankel i Walter Freude zademonstrowali pierwszą działającą próbkę takiego zespołu napędowego. Początkowo wielu wiodących światowych producentów samochodów (w szczególności Mercedes-Benz, General Motors, Citroen), ale ostatecznie tylko japońska Mazda postanowiła opanować produkcję silników rotacyjnych w dużych seriach i nie rezygnować z nich przez bardzo długi czas.
Nawiasem mówiąc, nawet krajowy VAZ był produkowany przez wiele lat limitowana seria Zhiguli z obrotowymi jednostkami napędowymi. Nie były one dostarczane „zwykłym” nabywcom, ale samochody te trafiały do floty KGB oraz w bardzo małych ilościach do Ministerstwa Spraw Wewnętrznych ZSRR.
Zasada działania silnika rotacyjnego, podobnie jak konwencjonalnego silnika tłokowego, opiera się na zamianie energii spalania na energię obrotową, jednak konwersja ta przebiega w nieco inny sposób. W silniku rotacyjnym ruch obrotowy wykonywany jest bezpośrednio przez jego główny element roboczy – wirnik. Jest to najważniejsza różnica między obrotowym silnikiem spalinowym a tłokowym silnikiem spalinowym, w którym głównymi ruchomymi elementami roboczymi są tłoki wykonujące ruch nie obrotowy, ale posuwisto-zwrotny.
Tak więc w silnikach rotacyjnych, ze względu na swoją konstrukcję, mechanizmy korbowe o dość złożonej konstrukcji i wymagające okresowej konserwacji, przekształcające ruch posuwisto-zwrotny w ruch obrotowy wału korbowego, są całkowicie wykluczone.
Podobnie jak w silniku tłokowym, w silniku rotacyjnym wykorzystuje się ciśnienie gazów powstałych w wyniku spalania. mieszanka paliwowo-powietrzna. Jednak nie występuje on w cylindrach, ale w komorze, którą tworzy ta część korpusu, która jest zamknięta bokiem znajdującego się w niej trójkątnego wirnika. To on jest używany zamiast tłoków.
Obrót wirnika pod wpływem tego ciśnienia odbywa się po trajektorii bardzo przypominającej linię kreśloną przez spirograf. Dzięki temu wszystkie trzy wierzchołki trójkątnego wirnika, stykając się z wewnętrznymi ścianami obudowy silnika, tworzą szczelne komory spalania. Gdy wirnik obraca się, każda z tych trzech objętości na przemian rozszerza się i kurczy. Ten tryb pracy obrotowego silnika spalinowego zapewnia realizację takich procesów jak:
- Odbiór mieszanki paliwowo-powietrznej;
- Kompresja;
- użyteczna praca;
- Uwolnienie wydechu.
Tak więc silnik rotacyjny, podobnie jak standardowy silnik tłokowy nowoczesnego samochodu, jest czterosuwowy.
Układ zapłonowy i układ wtrysku paliwa w silnikach rotacyjnych jest podobny do stosowanych w silnikach tłokowych, jednak budowa tych silników spalinowych jest zupełnie inna. Głównymi elementami konstrukcyjnymi silnika rotacyjnego są:
- Wirnik;
- Stojan (obudowa);
- wał wyjściowy.
Jak wspomniano powyżej, wirnik znajduje się wewnątrz stojana (obudowy) i ma trzy wypukłe boki. Każdy z nich pełni bowiem rolę tłoka i posiada wgłębienie niezbędne do zwiększenia prędkości obrotowej. Po każdej stronie wirnika znajdują się dwa metalowe pierścienie, które tworzą niezbędne do jego działania kamera ICE spalanie.
Ważnym elementem wirnika jest koło zębate umieszczone w jego środku i współpracujące z kołem zębatym przymocowanym do korpusu. To właśnie dzięki temu sparowaniu ustalana jest niezbędna trajektoria i kierunek, po którym obraca się wirnik w obudowie.
Obudowa obrotowego silnika spalinowego ma owalny kształt, który został zaprojektowany i wykonany w taki sposób, aby wszystkie trzy wierzchołki wirnika zawsze stykały się z jego ścianami wewnętrznymi. Jest to konieczne, aby w każdej chwili wewnątrz tego zespołu napędowego znajdowały się trzy objętości gazu całkowicie odizolowane od siebie. Ponadto otwory dolotowe i wylotowe znajdują się w nadwoziu i nie mają zaworów: port dolotowy łączy się bezpośrednio z przepustnicą, a wylotowy bezpośrednio z układem wydechowym.
Wał wyjściowy silnika rotacyjnego wcale nie przypomina wału korbowego tłokowego silnika spalinowego. Jest ekscentryczny, to znaczy z pewnym przesunięciem względem osi środkowej, znajdują się specjalne występy. Z każdym z nich jest powiązany osobny wirnik (nawiasem mówiąc, w silniku rotacyjnym nie ma jednego, ale kilka). Podczas obrotu każdy z wirników dociska „swoją” krzywkę, w wyniku czego na wale pojawia się moment obrotowy.
Należy zauważyć, że wszystkie silniki rotacyjne są montowane warstwowo. Najczęściej stosowane wirniki bliźniacze mają ich pięć, a wszystkie są mocowane za pomocą śrub osadzonych w okręgu. Chłodzenie silników obrotowych odbywa się za pomocą chłodziwa, które przechodzi przez wszystkie części konstrukcji. Łożyska i uszczelnienia wału wyjściowego znajdują się w dwóch skrajnych warstwach. Dzielą również części ciała, w których znajdują się same wirniki. Otwory wlotowe znajdują się w części centralnej, a wylotowe w każdej ze skrajnych części.
Wady i zalety silników rotacyjnych
Główne zalety silników rotacyjnych w porównaniu z silnikami tłokowymi to:
- Mniej ruchomych części;
- Płynniejsza praca;
- Wyższa niezawodność.
W silniku dwuwirnikowym porusza się tylko wał wyjściowy i oba wirniki, podczas gdy nawet w najprostszym tłokowym silniku spalinowym znajduje się co najmniej czterdzieści ruchomych części. W związku z tym niezawodność obrotowego zespołu napędowego jest znacznie wyższa.
W silnikach rotacyjnych wszystkie ruchome części obracają się tylko w jednym kierunku, co znacznie zmniejsza wibracje. Aby skutecznie tłumić te, które się pojawiają, stosuje się przeciwwagi. Należy również zauważyć, że obrót wirnika w silniku rotacyjnym to tylko jedna trzecia prędkości obrotowej wału. Ma to również pozytywny wpływ na niezawodność jednostki napędowej.
Silniki obrotowe mają również kilka istotnych wad. Być może głównym z nich jest to, że w porównaniu z tłokowymi silnikami spalinowymi zużywają znacznie więcej paliwa. Jednocześnie koszt ich produkcji jest znacznie wyższy, dlatego dziś nie produkuje się ich w dużych partiach.
Powiązane wideo
Silniki parowe i silniki spalinowe mają jedną wspólną wadę - ruch posuwisto-zwrotny tłoka musi zostać przekształcony w ruch obrotowy kół. Stąd ewidentnie niska sprawność i duże zużycie elementów mechanizmu. Wielu chciało zbudować silnik spalinowy tak, aby wszystkie ruchome części w nim tylko się obracały – jak to bywa w silnikach elektrycznych.
Zadanie okazało się jednak niełatwe, tylko mechanik-samouk, który w całym swoim życiu nie zdobył wyższego wykształcenia, ani nawet specjalności roboczej, zdołał je pomyślnie rozwiązać.
Felix Heinrich Wankel (1902–1988) urodził się 13 sierpnia 1902 roku w małym niemieckim miasteczku Lahr. W czasie I wojny światowej zmarł ojciec Feliksa, przez co przyszły wynalazca musiał porzucić gimnazjum i podjąć pracę jako praktykant sprzedawcy w księgarni w wydawnictwie. Dzięki tej pracy Wankel uzależnił się od czytania książek, z których samodzielnie studiował dyscypliny techniczne, mechanikę i inżynierię samochodową.
Istnieje legenda, że rozwiązanie problemu przyszło do siedemnastoletniego Feliksa we śnie. Nie wiadomo, czy to prawda, czy nie. Ale oczywiste jest, że Felix miał bardzo wybitne zdolności do mechaniki i „niemydlane” spojrzenie na rzeczy. Zrozumiał, jak wszystkie cztery cykle konwencjonalnego silnika spalinowego (wtrysk, sprężanie, spalanie, wydech) mogą być wykonywane podczas obracania się.
Dość szybko Wankel opracował pierwszy projekt silnika, aw 1924 roku zorganizował mały warsztat, który służył jednocześnie jako zaimprowizowane „laboratorium”. Tutaj Feliks zaczął prowadzić pierwsze poważne badania w dziedzinie silników spalinowych z tłokiem obrotowym.
Od 1921 Wankel był aktywnym członkiem NSDAP. Był orędownikiem ideałów partyjnych, był założycielem Ogólnoniemieckiego Związku Młodzieży Wojskowej i Jungführerem różnych organizacji. W 1932 wystąpił z partii po oskarżeniu jednego ze swoich byłych kolegów o korupcję polityczną. Jednak na podstawie kontrataku sam musiał spędzić sześć miesięcy w więzieniu. Zwolniony z więzienia dzięki wstawiennictwu Wilhelma Kepplera, kontynuował prace nad silnikiem. W 1934 stworzył pierwszy prototyp i uzyskał na niego patent. Zaprojektował nowe zawory i komory spalania do swojego silnika, stworzył kilka jego różnych wersji, opracował klasyfikację schematów kinematycznych dla różnych maszyn z tłokiem obrotowym.
W 1936 roku BMW zainteresowało się prototypem silnika Wankla – Felix otrzymał pieniądze i własne laboratorium w Lindau na opracowanie eksperymentalnych silników lotniczych.
Jednak aż do samej klęski nazistowskich Niemiec do produkcji nie wszedł ani jeden silnik Wankla. Być może przywołać projekt do głowy i stworzyć produkcja masowa trwało to zbyt długo.
Po wojnie laboratorium zostało zamknięte, sprzęt wywieziono do Francji, a Felix został bez pracy (wpłynęła na niego jego dawna przynależność do Partii Narodowo-Socjalistycznej). Jednak Wankel wkrótce dostał stanowisko inżyniera projektanta w NSU Motorenwerke AG, jednym z najstarszych producentów motocykli i samochodów.
W 1957 roku wspólnym wysiłkiem Felixa Wankla i głównego inżyniera NSU, Waltera Froede, w samochodzie NSU Prinz po raz pierwszy zainstalowano silnik z tłokiem obrotowym. Początkowy projekt okazał się daleki od ideału: nawet do wymiany świec trzeba było rozebrać prawie cały „silnik”, niezawodność pozostawiała wiele do życzenia, a grzech mówić o wydajności na tym etapie rozwoju . W wyniku testów do serii trafił samochód z tradycyjnym silnikiem spalinowym. Niemniej jednak pierwszy silnik z tłokiem obrotowym DKM-54 udowodnił swoje fundamentalne osiągi, otworzył kierunki dalszego udoskonalania i pokazał kolosalny potencjał „wirników”.
Zatem, nowy typ ICE w końcu doczekało się swojego startu w życiu. W przyszłości będzie miał o wiele więcej ulepszeń i ulepszeń. Ale perspektywy dla silnika z tłokiem obrotowym są tak atrakcyjne, że nic nie może powstrzymać inżynierów przed doprowadzeniem projektu do doskonałości operacyjnej.
Przed przeanalizowaniem zalet i wad silników spalinowych z tłokiem obrotowym warto jeszcze bardziej szczegółowo rozważyć ich konstrukcję.
W środku wirnika wykonano okrągły otwór, zakryty od wewnątrz zębami jak koło zębate. W otwór ten wkłada się obracający się wał o mniejszej średnicy, również z zębami, co zapewnia brak poślizgu między nim a wirnikiem. Stosunki średnic otworu i trzonu są dobrane tak, aby wierzchołki trójkąta poruszały się po tej samej zamkniętej krzywej, która nazywa się „epitrochoidą” – sztuka Wankla jako inżyniera polegała przede wszystkim na zrozumieniu, że jest to możliwe, i następnie wszystko dokładnie obliczyć. W efekcie tłok, który ma kształt trójkąta Reuleaux, odcina trzy komory o zmiennej objętości i położeniu w komorze, powtarzając kształt krzywej znalezionej przez Wankla.
Konstrukcja silnika spalinowego z tłokiem obrotowym pozwala na realizację dowolnego cyklu czterosuwowego bez użycia specjalnego mechanizmu dystrybucji gazu. Dzięki temu „wirnik” okazuje się znacznie prostszy niż konwencjonalny czterosuwowy silnik tłokowy, w którym średnio jest prawie tysiąc części więcej.
Uszczelnienie komór roboczych w silniku spalinowym z tłokiem obrotowym zapewniają promieniowe i końcowe płyty uszczelniające dociskane do „cylindra” sprężynami taśmowymi, a także siły odśrodkowe i ciśnienie gazu.
Kolejną jego cechą techniczną jest wysoka „wydajność pracy”. Na jeden pełny obrót wirnika (czyli dla cyklu „wtrysk, sprężanie, zapłon, wydech”) wał wyjściowy wykonuje trzy pełne obroty. W konwencjonalnym silniku tłokowym takie wyniki można osiągnąć tylko przy użyciu sześciocylindrowego silnika spalinowego.
Po pierwszej udanej demonstracji obrotowego silnika spalinowego w 1957 roku, najwięksi giganci motoryzacyjni zaczęli wykazywać zwiększone zainteresowanie rozwojem. Początkowo licencję na silnik, który otrzymał nieformalną nazwę „Wankel”, kupiła firma Curtiss-Wright Corporation, rok później Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp i Mazda. W bardzo krótkim czasie licencje na nową technologię zdobyło około stu firm na całym świecie, w tym takie monstra jak Rolls-Royce, Porsche, BMW czy Ford - w silniku z tłokiem obrotowym jest 40% mniej części, łatwiej jest naprawić i wyprodukować.
Ponadto Wankel jest prawie dwukrotnie bardziej kompaktowy i lżejszy od tradycyjnego tłokowego ICE, co z kolei poprawia prowadzenie samochodu, ułatwia optymalne umiejscowienie skrzyni biegów oraz pozwala uzyskać bardziej przestronne i komfortowe wnętrze.
Obrazek można kliknąć:
Rozwija się silnik z tłokiem obrotowym duża moc przy dość skromnym zużyciu paliwa. Na przykład nowoczesny „wankel” o pojemności zaledwie 1300 cm3 rozwija moc 220 KM, a z turbosprężarką - wszystkie 350. Innym przykładem jest miniaturowy silnik OSMG 1400 o wadze 335 g (objętość robocza 5 cm3) rozwija moc 1,27 litra .Z. W rzeczywistości ten maluch jest o 27% silniejszy niż koń.
Kolejną ważną zaletą jest niski poziom hałas i wibracje. Silnik z tłokiem obrotowym jest doskonale wyważony mechanicznie, dodatkowo masa ruchomych części (i ich ilość) jest w nim znacznie mniejsza, dzięki czemu „Wankel” pracuje znacznie ciszej i nie wibruje.
I wreszcie silnik z tłokiem obrotowym ma doskonałe właściwości dynamiczne. Na niskim biegu można rozpędzić samochód do 100 km/h przy wysokich obrotach silnika bez dużego obciążenia silnika. Ponadto sama konstrukcja Wankla, ze względu na brak mechanizmu zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego na ruch obrotowy, jest w stanie wytrzymać wyższe prędkości niż tradycyjny silnik spalinowy.
Po NSU Spyder wypuszczonym w 1964 roku przyszedł czas na legendarny model NSU Ro 80 (na świecie wciąż jest wiele klubów posiadaczy tych samochodów), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973) . Ale jedynym masowym producentem była japońska Mazda, która od 1967 roku produkuje czasem 2-3 nowe modele z RPD. Silniki obrotowe umieszczono na łodziach, skuterach śnieżnych i lekkich samolotach. Koniec euforii nastąpił w 1973 roku, u szczytu kryzysu naftowego. Wtedy pojawiła się główna wada silników rotacyjnych - nieefektywność. Z wyjątkiem Mazdy, wszyscy producenci samochodów wycofali programy rotacyjne i japońska firma Sprzedaż w Ameryce spadła z 104 960 samochodów sprzedanych w 1973 roku do 61 192 w 1974 roku. Oprócz niezaprzeczalnych zalet Wankla miał też szereg bardzo poważnych wad. Po pierwsze trwałość. Jeden z pierwszych prototypów silników z tłokiem obrotowym przestał działać w ciągu zaledwie dwóch godzin. Kolejny, bardziej udany DKM-54 wytrzymał już sto godzin, ale to wciąż nie wystarczało do normalnej eksploatacji samochodu. Głównym problemem było nierównomierne zużycie wewnętrznej powierzchni komory roboczej. Podczas eksploatacji pojawiły się na nim poprzeczne bruzdy, które otrzymały wymowną nazwę „diabelskie znaki”.
W Mazdzie, po uzyskaniu licencji na Wankla, powstał cały dział mający na celu udoskonalenie silnika z tłokiem obrotowym. Dość szybko okazało się, że podczas obracania się trójkątnego wirnika korki na jego wierzchołkach zaczynają wibrować, w wyniku czego powstają „diabelskie ślady”.
Obecnie problem niezawodności i trwałości został ostatecznie rozwiązany poprzez zastosowanie wysokiej jakości powłok odpornych na zużycie, w tym ceramicznych.
Innym poważnym problemem jest zwiększona toksyczność spalin Wankla. W porównaniu do normalnego tłok ICE„Rotornik” emituje do atmosfery mniej tlenków azotu, ale znacznie więcej węglowodorów, z powodu niepełnego spalania paliwa. Dość szybko inżynierowie Mazdy, którzy wierzyli w świetlaną przyszłość Wankla, znaleźli proste i skuteczne rozwiązanie tego problemu. Stworzyli tak zwany reaktor termiczny, w którym znajdują się pozostałości węglowodorów spaliny po prostu "wypalony". Pierwszym samochodem, w którym zastosowano ten schemat, była Mazda R100, zwana także Familia Presto Rotary, wypuszczona na rynek w 1968 roku. Ten samochód, jeden z nielicznych, od razu przeszedł bardzo trudne wymagania środowiskowe, zaproponowane przez Stany Zjednoczone w 1970 r. dla samochodów importowanych.
Kolejny problem silników z tłokiem obrotowym częściowo wynika z poprzedniego. To jest ekonomia. Zużycie paliwa standardowego „wankla” z powodu niepełnego spalania mieszanki jest znacznie wyższe niż w przypadku standardowego silnika spalinowego. Po raz kolejny inżynierowie Mazdy zabrali się do pracy. Poprzez cały szereg działań, w tym przeróbkę termoreaktora i gaźnika, dodanie wymiennika ciepła do układu wydechowego, opracowanie katalizatora i wprowadzenie nowy system zapłonu, firma osiągnęła 40% redukcję zużycia paliwa. W wyniku tego niewątpliwego sukcesu w 1978 roku sport Samochód Mazdy RX-7.
Warto zauważyć, że w tym czasie tylko Mazda i ... AvtoVAZ produkowały samochody z silnikami z tłokiem obrotowym na całym świecie.
To właśnie w katastrofalnym roku 1974 rząd radziecki utworzył specjalne biuro projektowe RPD (SKB RPD) w Volga Automobile Plant - gospodarka socjalistyczna jest nieprzewidywalna. W Togliatti rozpoczęto prace nad budową warsztatów do masowej produkcji „wankelów”. Ponieważ VAZ był pierwotnie planowany jako prosta kopia zachodnich technologii (w szczególności Fiata), fabryczni fachowcy postanowili odtworzyć silnik Mazdy, całkowicie odrzucając wszystkie dziesięcioletnie osiągnięcia krajowych instytutów budowy silników.
Radzieccy urzędnicy dość długo negocjowali z Feliksem Wanklem w sprawie zakupu licencji, z których część miała miejsce bezpośrednio w Moskwie. To prawda, że \u200b\u200bnie znaleziono pieniędzy, dlatego nie można było użyć niektórych zastrzeżonych technologii. W 1976 r. Uruchomiono pierwszy jednosekcyjny silnik Wołga VAZ-311 o mocy 65 KM, dopracowanie projektu zajęło kolejne pięć lat, po czym eksperymentalna partia 50 jednostek obrotowego VAZ-21018 ” jednostki”, które natychmiast rozproszyły się wśród pracowników VAZ. Od razu stało się jasne, że silnik tylko z zewnątrz przypominał japoński - zaczął się kruszyć w bardzo sowiecki sposób. Kierownictwo zakładu zostało zmuszone do wymiany wszystkich silników na seryjne silniki tłokowe w ciągu pół roku, zmniejszenia zatrudnienia SKB RPD o połowę i wstrzymania budowy warsztatów. Ocalenie rodzimej budowy silników rotacyjnych przyszło dzięki służbom specjalnym: nie były one zbytnio zainteresowane zużyciem paliwa i żywotnością silnika, ale bardzo interesowały ich właściwości dynamiczne. Natychmiast wykonano dwusekcyjną RPD o mocy 120 KM z dwóch silników VAZ-311, które zaczęto instalować na „jednostce specjalnej” - VAZ-21019. To właśnie temu modelowi, który otrzymał nieoficjalną nazwę „Arkan”, zawdzięczamy niezliczone opowieści o policyjnych „Kozakach” doganiających fantazyjne „Mercedesy”, oraz wielu stróżach prawa – odznaczeniach i medalach. Do lat 90. pozornie bezpretensjonalny Arkan z łatwością wyprzedził wszystkie samochody. Oprócz VAZ-21019 AvtoVAZ produkuje również małe partie samochodów VAZ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. maksymalna prędkość obrotowa „ósemka” rozpędza się do około 210 km/h, a do setki rozpędza się w zaledwie 8 sekund.
Wskrzeszona na specjalne zamówienie SKB RPD zaczęła produkować silniki do sportów wodnych i sportów motorowych, gdzie samochody z silnikami rotacyjnymi zaczęły zdobywać nagrody tak często, że urzędnicy sportowi byli zmuszeni zakazać używania RPD.
W 1987 roku zmarł szef SKB RPD Borys Pospiełow, a na walnym zgromadzeniu wybrano Władimira Sznyakina - człowieka, który przyszedł do przemysłu motoryzacyjnego z lotnictwa i nie lubi transportu naziemnego. Głównym kierunkiem SKB RPD jest tworzenie silników dla lotnictwa. To był pierwszy strategiczny błąd: produkujemy nieproporcjonalnie mniej samochodów, a fabryka żyje ze sprzedanych silników.
Drugim błędem była orientacja w zachowanej produkcji RPD motoryzacyjny do silników VAZ-1185 małej mocy o mocy 42 KM o Okę, choć bardziej żarłoczne, ale bardziej dynamiczne silniki rotacyjne proszą się o najszybsze samochody krajowe- na przykład na „ósemce”. Ta sama japońska instalacja „wankels” tylko na modele sportowe. W efekcie na Rosyjskie drogi było tylko kilka minikarów obrotowych „Oka”. W 1998 roku ostatecznie przygotowano cywilną wersję dwucylindrowego obrotowego silnika VAZ-415 o pojemności 1,3 litra, który został zainstalowany w VAZ-2105, 2107, 2108 i 2109.
W maju 1998 roku homologowano pierścień VAZ-110 „RPD-sport” (190 KM, 8500 obr./min, 960 kg, 240 km/h). Niestety, sprawy nie poszły dalej niż pojedyncza próbka, częściej pokazywana na wystawach niż startująca w wyścigach. 110 była najmocniejsza w peletonie, ale szczerze mówiąc prymitywna konstrukcja za każdym razem nie pozwalała jej zademonstrować pełnego potencjału. Jednak najbardziej obraźliwe jest to, że w VAZ szybko ochłodzili się w kierunku obrotów, a wyjątkowa Łada została przekształcona w samochód rajdowy z konwencjonalnym silnikiem spalinowym.
Dlaczego więc wszyscy wiodący producenci samochodów nie przeszli jeszcze na Wankla? Faktem jest, że produkcja silników z tłokami obrotowymi wymaga, po pierwsze, dobrze dopracowanej technologii z szeroką gamą niuansów, a nie każda firma jest gotowa podążać ścieżką tej samej Mazdy, stąpając po drodze po licznych „grabiach” . Po drugie, potrzebujemy specjalnych maszyn o wysokiej precyzji, zdolnych do obracania powierzchni opisanych tak przebiegłą krzywą jak epitrochoid.
Mazda RX-7 jest jednym z pierwszych samochodów wyposażonych w silnik z tłokiem obrotowym Wankla. W historii Mazdy RX-7 istniały cztery generacje. Pierwsza generacja od 1978 do 1985 roku. Druga generacja - od 1985 do 1991. Trzecia generacja - od 1992 do 1999. Ostatnia, czwarta generacja - od 1999 do 2002. Pierwsza generacja RX-7 pojawiła się w 1978 roku. Miał układ silnika umieszczony centralnie i był wyposażony w silnik rotacyjny o mocy zaledwie 130 KM. Z.
Obecnie tylko Mazda prowadzi poważne badania w dziedzinie silników z tłokiem obrotowym, stopniowo ulepszając ich konstrukcję, a większość pułapek w tej dziedzinie została już pokonana. „Wankle” są dość zgodne ze światowymi standardami pod względem toksyczności spalin, zużycia paliwa i niezawodności. Dla nowoczesnych obrabiarek powierzchnie opisane przez epitrochoidę nie stanowią problemu (podobnie jak nie stanowią problemu znacznie bardziej złożone krzywe), nowe materiały konstrukcyjne umożliwiają zwiększenie żywotności silnika z tłokiem obrotowym, a jego koszt jest już niższy niż w przypadku standardowego silnika spalinowego ze względu na mniejszą liczbę zastosowanych detali.
Jak NSU, Mazda w latach 60. była małą firmą o ograniczonych zasobach technicznych i finansowych. Podstawą jego składu były samochody dostawcze i rodzinne auta typu runabout. Nic więc dziwnego, że sportowe coupe Mazda 110S Cosmo (982 cm3, 110 KM, 185 km/h) powstawało przez ponad 6 lat i okazało się bardzo kapryśne i drogie. I nadszarpnięta reputacja NSU Ro80 nie przyczyniła się do ekscytacji (w latach 1967-1972 tylko 1175 „kosmów” znalazło swoich właścicieli), ale światowe zainteresowanie 110S przyczyniło się do wzrostu sprzedaży całej reszty produktów firmy !
Aby udowodnić, że RPD jest równie niezawodny (jego przewaga w mocy stała się już dla wszystkich oczywista), Mazda niemal po raz pierwszy w życiu wzięła udział w konkursie, wybierając najtrudniejszy i najdłuższy wyścig – 84-godzinny Marathon De La Route, odbywający się na Nurburgringu. Jak belgijska załoga zdołała zająć 4. miejsce (drugi samochód wycofał się na trzy godziny przed metą z powodu zablokowanych hamulców), przegrywając jedynie z „dorosłym” na Nordschleife Porsche 911, pozostaje tajemnicą.
Warsztat Wankla w Lindau
Choć od tego czasu japońskie „rotorniki” zagościły na torach wyścigowych, na wielki sukces w Europie musiały czekać aż 16 lat. W 1984 roku Brytyjczycy wygrali prestiżowy dzienny wyścig Spa-Francochamps za kierownicą RX-7. Ale w USA, na głównym rynku „siódemki”, jej kariera wyścigowa rozwijała się znacznie pomyślniej: od debiutu w mistrzostwach IMSA GT w 1978 roku do 1992 roku wygrała ponad sto etapów w swojej klasie, aw latach 1982-1992 wygrała ponad sto etapów. celował w głównym wyścigu serii - 24h Daytona.
W rajdzie Mazda nie pojechała tak gładko. Jak to często bywało w przypadku japońskich zespołów (Toyota, Datsun, Mitsubishi), występowały one tylko na niektórych etapach Rajdowych Mistrzostw Świata (Nowa Zelandia, Wielka Brytania, Grecja, Szwecja), którymi interesowały się przede wszystkim działy marketingu koncernów . Tytułów narodowych było wystarczająco dużo: na przykład w latach 1975-1980. Rod Millen wygrał aż pięć w Nowej Zelandii i USA. Ale w WRC sukcesy były wyłącznie lokalne: najlepsze, co pokazał RX-7, to 3. i 6. miejsce na greckim Akropolu w 1985 roku.
Cóż, najgłośniejszym sukcesem Mazdy w ogóle, a RPD w szczególności, było zwycięstwo jej sportowego prototypu 787B (2612 cm3, 700 KM, 607 Nm, 377 km/h) w Le Mans w 1991 roku. Co więcej, nie tylko szybcy piloci i konkurencyjny sprzęt pomogli pokonać fabryczne Porsche, Peugeot i Jaguary: pewną rolę odegrała także wytrwałość japońskich menedżerów, regularnie „wybijająca” wszelkiego rodzaju rozluźnienia w przepisach dotyczących wirników. Tak więc w przeddzień zwycięstwa 787. organizatorzy wyścigu zgodzili się zrekompensować żarłoczność „wirników” redukcją masy o 170 kilogramów (830 w porównaniu z 1000). Paradoks polegał na tym, że w przeciwieństwie do silniki benzynowe, „apetyt” RPD z dalszym wymuszaniem rósł w znacznie skromniejszym tempie niż w przypadku konwencjonalnych silników tłokowych, a 787. okazał się bardziej ekonomiczny niż jego główni konkurenci!
To był szok. Mercedes, którego magazyn Stern ze względu na swój konserwatyzm nazwał niczym więcej niż „producentem samochodów dla 50-letnich dżentelmenów w kapeluszach”, w 1969 roku zaprezentował supersamochód, który uderzył nawet w wyobraźnię w kolorze. Wyzywający jaskrawopomarańczowy kolor, wyraźnie klinowaty kształt, centralnie umieszczony silnik, drzwi w kształcie mewy i solidny trzyczęściowy RPD (3600 cm3, 280 KM, 260 km/h) – dla konserwatywnego mercedesa to było coś !
A ponieważ firma nie budowała koncepcji, wszyscy wierzyli, że C111 ma tylko jedną drogę: montaż na małą skalę (homologację) i wielką wyścigową przyszłość, ponieważ od 1966 roku FIA dopuściła RPD do oficjalnych zawodów. A w centrali Mercedesa posypały się czeki z prośbą o wpisanie wymaganej kwoty za prawo do posiadania C111. Z drugiej strony Stuttgarczycy jeszcze bardziej podsycili zainteresowanie Eske, wprowadzając w 1970 roku drugą generację coupe o jeszcze bardziej fantastycznym designie, z 4-sekcyjnym wirnikiem i oszałamiającymi osiągami (4800 cm3, 350 KM, 300 km /H). Aby dopracować, Mercedes zbudował pięć makiet, które spędzały dni i noce na torach Hockenheimring i Nurburgring, przygotowując się do ustanowienia serii rekordów prędkości. Prasa rozkoszowała się nadchodzącym „zderzeniem tytanów” między obrotowym mercedesem, wolnossącym Ferrari i turbodoładowanym Porsche w mistrzostwach świata w wyścigach długodystansowych. Niestety powrót do wielkiego sportu nie nastąpił. Po pierwsze C111 był bardzo drogi nawet jak na Mercedesa, Po drugie, Niemcy nie mogli wystawić tak prymitywnej konstrukcji na sprzedaż. A po kryzysie naftowym na Karaibach generalnie zajmowali się projektem, koncentrując się na silnikach wysokoprężnych. Wyposażyli je w najnowsze wersje C111, które ustanowiły kilka światowych rekordów.
Nie mając ukończonego wykształcenia technicznego, pod koniec życia Felix Wankel zdobył światowe uznanie w dziedzinie budowy silników i technologii uszczelnień, zdobywając wiele nagród i tytułów. Jego imieniem nazwano ulice i place niemieckich miast (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring). Oprócz silników Wankel opracował nową koncepcję jednostek szybkich i sam zbudował kilka łodzi.
Najciekawsze jest to, że silnik rotacyjny, który uczynił go milionerem i przyniósł mu światową sławę, Wankla nie przypadł do gustu, uważając go za „brzydkie kaczątko”. Prawdziwie działające RPD zostały wykonane zgodnie z tzw. „koncepcją KKM”, która przewiduje planetarny obrót wirnika i wymaga wprowadzenia zewnętrznych przeciwwag. Znaczącą rolę odegrał fakt, że schemat ten został zaproponowany nie przez Wankla, ale przez inżyniera NSU Waltera Freude'a. samego Wankla ostatnie dni uważany za idealny układ silnika „z obracającymi się tłokami bez nierównomiernie obracających się części” (Drehkolbenmasine - DKM), koncepcyjnie znacznie piękniejszy, ale technicznie złożony, wymagający w szczególności zamontowania świec zapłonowych na obracającym się wirniku. Niemniej jednak silniki rotacyjne na całym świecie są kojarzone właśnie z nazwiskiem Wankla, ponieważ wszyscy, którzy znali wynalazcę, jednogłośnie twierdzą, że bez niepohamowanej energii niemieckiego inżyniera świat nie widziałby tego niesamowitego urządzenia. Felik Wankel zmarł w 1988 roku.
Ciekawa jest historia Mercedesa 350 SL. Wankel bardzo chciał mieć obrotowego Mercedesa C-111. Ale Mercedesa nie poszedł w jego stronę. Następnie wynalazca wziął seryjny 350 SL, wyrzucił stamtąd „rodzimy” silnik i zainstalował wirnik z C-111, który był o 60 kg lżejszy niż poprzedni 8-cylindrowy, ale znacznie się rozwinął więcej mocy(320 KM przy 6500 obr./min). W 1972 roku, gdy geniusz inżynierii kończył prace nad swoim kolejnym cudem, mógł siedzieć za kierownicą najszybszego wówczas Mercedesa klasy SL. Ironia polegała na tym prawo jazdy Wankel nie otrzymał go do końca życia.
Ożywienie zainteresowania RPD zawdzięczamy nowemu Silnik Mazdy Renesis (od RE – Rotary Engine – i Genesis). W ciągu ostatniej dekady japońskim inżynierom udało się rozwiązać wszystkie główne problemy RPD - toksyczność spalin i nieefektywność. W porównaniu do poprzednika udało się zmniejszyć zużycie oleju o 50%, benzyny o 40% oraz sprowadzić emisję szkodliwych tlenków do norm Euro IV. Dwucylindrowy silnik o pojemności zaledwie 1,3 litra wytwarza 250 KM. i zajmuje znacznie mniej miejsca w komorze silnika.
Samochód Mazda RX-8 został specjalnie opracowany dla nowego silnika, który według menedżera marki Mazda Motor Europe Martina Brinka został stworzony zgodnie z nową koncepcją - samochód został „zbudowany” wokół silnika. W rezultacie rozkład masy wzdłuż osi RX-8 jest idealny - 50 do 50. Zastosowanie unikalnego kształtu i niewielkich wymiarów silnika umożliwiło bardzo niskie umieszczenie środka ciężkości. „RX-8 nie jest wyścigowy potwór, ale to najlepiej prowadzący się samochód, jakim kiedykolwiek jeździłem” — zachwycał się Martin Brink w Popular Mechanics.
Beczka miodu...
Bez wątpienia na pierwszy rzut oka silnik z tłokiem obrotowym ma wiele zalet tradycyjne silniki wewnętrzne spalanie:
- 30-40% mniej części;
- Mniejszy 2-3 krotnie wymiarami i wagą w porównaniu ze standardowym silnikiem spalinowym o odpowiedniej mocy;
- Płynna reakcja momentu obrotowego w całym zakresie obrotów;
- Brak mechanizmu korbowego, a co za tym idzie znacznie niższy poziom wibracji i hałasu;
- Wysoki poziom obrotów (do 15000 obr./min!).
Łyżka smoły…
Wydawać by się mogło, że skoro Wankel ma taką przewagę nad silnikiem tłokowym, to po co komu te masywne, ciężkie, grzechotające i wibrujące silniki tłokowe? Ale, jak to często bywa, w praktyce wszystko jest dalekie od czekolady. Ani jeden genialny wynalazek, który opuścił próg laboratorium, nie trafił do kosza z napisem „na odpady”. Produkcja seryjna została znaleziona nie na jednym kamieniu, ale na całym placerze z granitu:
- Rozwój procesu spalania w komorze o niekorzystnym kształcie;
- Zapewnienie szczelności plomb;
- Zapewnienie pracy bez wypaczania korpusu w warunkach nierównomiernego nagrzewania;
- Niska sprawność cieplna wynikająca z faktu, że komora spalania RPD jest znacznie większa niż w tradycyjnym silniku spalinowym;
- Wysokie zużycie paliwa;
- Wysoka toksyczność gazowych produktów spalania;
- Wąska strefa temperaturowa dla pracy RPD: godz niskie temperatury moc silnika gwałtownie spada, przy wysokich - szybkie zużycie uszczelnień wirnika.
Pomysł z silnikiem rotacyjnym jest zbyt kuszący: gdy konkurentowi bardzo daleko do ideału, wydaje się, że za chwilę przezwyciężymy niedociągnięcia i dostaniemy nie silnik, ale samą doskonałość… Mazda była w niewoli tych złudzeń aż do 2012 roku, kiedy to ostatni model z silnikiem Wankla - RX-8.
Historia powstania silnika rotacyjnego
Druga nazwa silnika rotacyjnego (RPD) to wankel (rodzaj odpowiednika silnika wysokoprężnego). To właśnie Felixowi Wankelowi przypisuje się dziś laury wynalazcy silnika z tłokiem obrotowym, a nawet poruszana jest opowieść o tym, jak Wankel szedł do celu w tym samym czasie, co Hitler do swojego.
W rzeczywistości wszystko było trochę inne: utalentowany inżynier Felix Wankel naprawdę pracował nad opracowaniem nowego, prosty silnik spalanie wewnętrzne, ale był to inny silnik oparty na współobrocie wirników.
Po wojnie Wankel został zwerbowany przez niemiecką firmę NSU, która zajmowała się głównie produkcją motocykli, do jednej z grup roboczych pracujących nad stworzeniem silnika rotacyjnego pod przewodnictwem Waltera Freude.
Wkład Wankla to szeroko zakrojone badania nad uszczelnieniami zaworów obrotowych. Podstawowy schemat i koncepcja inżynierska pochodzą od Freuda. Chociaż Wankel miał patent na podwójną rotację.
Pierwszy silnik miał wirującą komorę i stały wirnik. Niedogodności projektu doprowadziły do pomysłu na zmianę schematu w niektórych miejscach.
Pierwszy silnik z wirującym wirnikiem zaczął działać w połowie 1958 roku. Niewiele różnił się od swojego potomka z naszych czasów - poza tym, że świece musiały zostać przeniesione do korpusu.
Wkrótce firma ogłosiła, że udało jej się stworzyć nowy, bardzo obiecujący silnik. Prawie sto firm produkujących samochody zakupiło licencje na produkcję tego silnika. Jedna trzecia licencji trafiła do Japonii.
RPD w ZSRR
I tu związek Radziecki W ogóle nie kupiłem licencji. Rozwój własnego silnika rotacyjnego rozpoczął się od sprowadzenia do Unii i demontażu niemieckiego samochodu Ro-80, którego produkcję NSU rozpoczęto w 1967 roku.
Siedem lat później w fabryce VAZ pojawiło się biuro projektowe, opracowujące wyłącznie silniki z tłokiem obrotowym. Dzięki jego pracy w 1976 roku powstał silnik VAZ-311. Ale pierwszy naleśnik okazał się nierówny i został sfinalizowany na kolejne sześć lat.
Pierwszy sowiecki samochód seryjny z silnikiem rotacyjnym to VAZ-21018, wprowadzony w 1982 roku. Niestety już w partii doświadczalnej zepsuły się silniki wszystkich maszyn. Sfinalizowali kolejny rok, po którym pojawiły się VAZ-411 i VAZ 413, które zostały przyjęte przez organy ścigania ZSRR. Nie martwili się szczególnie zużyciem paliwa i krótką żywotnością silnika, ale potrzebowali szybkich, mocnych, ale niepozornych samochodów, które mogłyby nadążyć za zagranicznym samochodem.
RPD na Zachodzie
Na Zachodzie silnik Wankla nie przeżywał rozkwitu, a jego rozwój w USA i Europie zakończył się wraz z kryzysem paliwowym z 1973 roku, kiedy ceny benzyny poszybowały w górę, a nabywcy samochodów zaczęli pytać o modele oszczędne.
Biorąc pod uwagę, że silnik rotacyjny zjadał do 20 litrów benzyny na sto kilometrów, jego sprzedaż w czasie kryzysu spadła do granic możliwości.
Jedynym krajem na Wschodzie, który nie stracił wiary, jest Japonia. Ale nawet tam producenci szybko stracili zainteresowanie silnikiem, który nie chciał się poprawić. I w końcu został jeden niezłomny ołowiany żołnierzyk - firma Mazda. W ZSRR kryzys paliwowy nie był odczuwalny. Produkcja maszyn z RPD była kontynuowana po rozpadzie Związku. VAZ przestał robić RPD dopiero w 2004 roku. Mazda pogodziła się dopiero w 2012 roku.
Cechy silnika obrotowego
Konstrukcja oparta jest na trójkątnym wirniku, którego każda z powierzchni ma wybrzuszenie (). Wirnik obraca się planetarnie wokół centralnej osi - stojana. Jednocześnie wierzchołki trójkąta opisują złożoną krzywą zwaną epitrochoidą. Kształt tej krzywej determinuje kształt kapsuły, wewnątrz której obraca się wirnik.
Silnik obrotowy ma taki sam czterocyklowy cykl pracy, jak jego konkurent, silnik tłokowy.
Między krawędziami wirnika a ścianami kapsuły powstają komory, których kształt jest zmienny w kształcie półksiężyca, co jest przyczyną pewnych istotnych wad konstrukcyjnych. Aby odizolować komory od siebie, stosuje się uszczelnienia - płyty promieniowe i końcowe.
Jeśli porównamy obrotowy silnik spalinowy z silnikiem tłokowym, to pierwszą rzeczą, która rzuca się w oczy, jest to, że podczas jednego obrotu wirnika suw roboczy występuje trzy razy, a wał wyjściowy obraca się trzy razy szybciej niż sam wirnik.
Na RPD brak systemu dystrybucji gazu co znacznie upraszcza jego konstrukcję. Wysoka gęstość mocy przy niewielkich gabarytach i masie urządzenia z powodu braku wału korbowego, korbowody i inne interfejsy między kamerami.
Wady i zalety silników rotacyjnych
Zalety
Silnik rotacyjny jest dobry, ponieważ składa się z dużo mniejszej liczby części niż jego konkurent – o 35-40 proc.
Dwa silniki o tej samej mocy - obrotowy i tłokowy - będą się znacznie różnić wielkością. Tłok dwa razy większy.
silnik obrotowy nie doświadcza dużego obciążenia przy dużych prędkościach nawet jeśli przyspieszysz samochód do prędkości ponad 100 km / h na niskim biegu.
Samochód z silnikiem rotacyjnym jest łatwiejszy do wyważenia daje zwiększona stabilność samochody na drodze.
Nawet najlżejsze pojazdy nie cierpią z powodu wibracji, ponieważ RPD wibruje dużo mniej niż "tłok". Wynika to z większej równowagi RPD.
Wady
Główną wadą silnika rotacyjnego nazwaliby to kierowcy mały zasób, co jest bezpośrednią konsekwencją jego konstrukcji. Uszczelki zużywają się niezwykle szybko, ponieważ ich kąt pracy stale się zmienia.
Próba silnika wahania temperatury każdym cyklu, co również przyczynia się do zużycia materiału. Dodaj do tego nacisk wywierany na powierzchnie trące, który jest leczony tylko poprzez wtrysk oleju bezpośrednio do kolektora.
Zużyte uszczelki powoduje nieszczelność między komorami, w których różnice ciśnień są zbyt duże. Z tego powodu Sprawność silnika spada, a szkody w środowisku rosną.
półksiężyc kształt komór nie wpływa na zupełność spalania paliwa, a prędkość obrotowa wirnika i krótka długość skoku roboczego są przyczyną wypychania do wydechu jeszcze zbyt gorących, nie do końca spalonych gazów. Oprócz produktów spalania benzyny obecny jest tam również olej, co razem sprawia, że spaliny są bardzo toksyczne. Tłok - przynosi mniej szkód środowisku.
wygórowane apetyty silnik na benzynę już był wspomniany, a on "zjada" olej do 1 litra na 1000 km. A kiedy już zapomnisz o oleju i możesz zabrać się za generalny remont, jeśli nie wymianę silnika.
Wysoka cena- ze względu na fakt, że do produkcji silnika potrzebny jest bardzo precyzyjny sprzęt i bardzo wysokiej jakości materiały.
Jak widać silnik rotacyjny jest pełen wad, ale silnik tłokowy też jest niedoskonały, więc rywalizacja między nimi nie ustała na tak długo. Czy to koniec na zawsze? Czas pokaże.
