Περιστροφικός κινητήρας: αρχή λειτουργίας, χαρακτηριστικά

2024 Συγγραφέας: Erin Ralphs | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-19 13:49

Ο κινητήρας είναι το θεμέλιο κάθε οχήματος. Χωρίς αυτό, η κίνηση του αυτοκινήτου είναι αδύνατη. Αυτή τη στιγμή, οι πιο συνηθισμένοι είναι οι κινητήρες εσωτερικής καύσης με έμβολο. Αν μιλάμε για τα περισσότερα αυτοκίνητα cross-country, πρόκειται για τετρακύλινδρους κινητήρες εσωτερικής καύσης σε σειρά. Ωστόσο, υπάρχουν αυτοκίνητα με τέτοιους κινητήρες, όπου το κλασικό έμβολο απουσιάζει κατ' αρχήν. Αυτοί οι κινητήρες έχουν εντελώς διαφορετική συσκευή και αρχή λειτουργίας. Ονομάζονται περιστροφικοί κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ποιες είναι αυτές οι μονάδες, ποια είναι τα χαρακτηριστικά, τα υπέρ και τα κατά; Σκεφτείτε το στο σημερινό μας άρθρο.

Χαρακτηριστικό

Ο περιστροφικός κινητήρας είναι ένας από τους τύπους κινητήρων θερμικής εσωτερικής καύσης. Για πρώτη φορά ένας τέτοιος κινητήρας αναπτύχθηκε τον μακρινό 19ο αιώνα. Σήμερα, ένας περιστροφικός κινητήρας χρησιμοποιείται στο Mazda RX-8 και σε ορισμένα άλλα σπορ αυτοκίνητα. Ένας τέτοιος κινητήρας έχει ένα βασικό χαρακτηριστικό - δεν έχει παλινδρομικές κινήσεις, όπως σε έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Εδώ πραγματοποιείται εναλλαγήειδικός τριγωνικός ρότορας. Βρίσκεται σε ειδικό κτίριο. Ένα παρόμοιο σχέδιο εφαρμόστηκε στη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα από τη γερμανική εταιρεία NSU. Ο συγγραφέας ενός τέτοιου κινητήρα εσωτερικής καύσης ήταν ο Felix Wankel. Σύμφωνα με το σχέδιο του παράγονται όλοι οι σύγχρονοι περιστροφικοί κινητήρες (το Mazda RX δεν αποτελεί εξαίρεση).

Συσκευή

Ο σχεδιασμός της μονάδας ισχύος περιλαμβάνει:

• Υπόθεση.
• Άξονας εξόδου.
• Rotor.

Η ίδια η θήκη είναι ο κύριος θάλαμος εργασίας. Σε έναν περιστροφικό κινητήρα, έχει σχήμα οβάλ. Ένας τέτοιος ασυνήθιστος σχεδιασμός του θαλάμου καύσης οφείλεται στη χρήση ενός τριεδρικού ρότορα. Έτσι, όταν έρχεται σε επαφή με τους τοίχους, σχηματίζονται μεμονωμένα κλειστά περιγράμματα. Σε αυτούς εκτελούνται οι κύκλοι εργασίας του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αυτό είναι:

• Είσοδος.
• συμπίεση.
• Ανάφλεξη και διαδρομή λειτουργίας.
• Απελευθέρωση.

Μεταξύ των χαρακτηριστικών ενός περιστροφικού κινητήρα εσωτερικής καύσης, αξίζει να σημειωθεί η απουσία κλασικών βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής. Αντίθετα, χρησιμοποιούνται ειδικές τρύπες. Βρίσκονται στα πλαϊνά του θαλάμου καύσης. Αυτές οι οπές συνδέονται απευθείας με το σύστημα εξάτμισης και το σύστημα ισχύος.

Rotor

Η βάση του σχεδιασμού της μονάδας παραγωγής ενέργειας αυτού του τύπου είναι ο ρότορας. Εκτελεί τη λειτουργία των εμβόλων σε αυτόν τον κινητήρα. Ωστόσο, ο ρότορας είναι σε ένα μόνο αντίγραφο, ενώ τα έμβολα μπορεί να είναι από τρία έως δώδεκα ή περισσότερα. Το σχήμα αυτού του στοιχείου μοιάζει με ένα τρίγωνο με στρογγυλεμένες άκρες.

Απαιτούνται τέτοιες άκρεςγια πιο αεροστεγή και ποιοτική σφράγιση του θαλάμου καύσης. Αυτό εξασφαλίζει τη σωστή καύση του μείγματος καυσίμου. Ειδικές πλάκες βρίσκονται στο πάνω μέρος του προσώπου και στα πλαϊνά του. Λειτουργούν ως δακτύλιοι συμπίεσης. Ο ρότορας περιέχει επίσης δόντια. Χρησιμεύουν για την περιστροφή του κινητήρα, ο οποίος κινεί επίσης τον άξονα εξόδου. Για το ραντεβού του τελευταίου θα μιλήσουμε παρακάτω.

Val

Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει στροφαλοφόρος άξονας σε κινητήρα με περιστροφικό έμβολο. Αντίθετα, χρησιμοποιείται ένα στοιχείο εξόδου. Σε σχέση με το κέντρο του υπάρχουν ειδικές προεξοχές (έκκεντρα). Βρίσκονται ασύμμετρα. Η ροπή από τον ρότορα, η οποία μεταδίδεται στο έκκεντρο, προκαλεί την περιστροφή του άξονα γύρω από τον άξονά του. Αυτό δημιουργεί την ενέργεια που απαιτείται για την κίνηση των μηχανισμών κίνησης και των τροχών στο αυτοκίνητο.

Beats

Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός περιστροφικού κινητήρα; Ο αλγόριθμος δράσης, παρά τους παρόμοιους κύκλους με έναν εμβολοφόρο κινητήρα, είναι διαφορετικός. Έτσι, η αρχή του κύκλου συμβαίνει όταν ένα από τα άκρα του ρότορα διέρχεται από το κανάλι εισόδου του περιβλήματος του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αυτή τη στιγμή, υπό τη δράση του κενού, ένα εύφλεκτο μείγμα αναρροφάται στον θάλαμο. Με περαιτέρω περιστροφή του ρότορα, εμφανίζεται η διαδρομή συμπίεσης του μείγματος. Αυτό συμβαίνει όταν το άλλο άκρο περνά από την είσοδο. Η πίεση του μείγματος αυξάνεται σταδιακά. Τελικά αναφλέγεται. Όμως δεν αναφλέγεται από τη δύναμη της συμπίεσης, αλλά από τον σπινθήρα ενός μπουζί. Μετά από αυτό, αρχίζει ο κύκλος εργασίας της διαδρομής του ρότορα.

Δεδομένου ότι ο θάλαμος καύσης σε έναν τέτοιο κινητήρα έχει οβάλ σχήμα, συνιστάται η χρήση δύο κεριών στο σχεδιασμό. Αυτό σας επιτρέπει να αναφλέξετε γρήγορα το μείγμα. Έτσι, το μέτωπο της φλόγας απλώνεται πιο ομοιόμορφα. Παρεμπιπτόντως, δύο κεριά ανά θάλαμο καύσης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε έναν συμβατικό κινητήρα εσωτερικής καύσης με έμβολο (αυτός ο σχεδιασμός είναι εξαιρετικά σπάνιος). Ωστόσο, για έναν περιστροφικό κινητήρα, αυτό είναι απαραίτητο.

Μετά την ανάφλεξη, σχηματίζεται υψηλή πίεση αερίων στο θάλαμο. Η δύναμη είναι τόσο μεγάλη που επιτρέπει στον ρότορα να περιστρέφεται πάνω στο έκκεντρο. Αυτό συμβάλλει στη δημιουργία ροπής στον άξονα εξόδου. Καθώς η κορυφή του ρότορα πλησιάζει την έξοδο, η δύναμη και η πίεση της ενέργειας των αερίων μειώνονται. Ορμούν αυθόρμητα στο κανάλι εξόδου. Αφού η κάμερα απελευθερωθεί εντελώς από αυτά, ξεκινά μια νέα διαδικασία. Ο περιστροφικός κινητήρας ξεκινά ξανά με τη διαδρομή εισαγωγής, τη συμπίεση, την ανάφλεξη και μετά τη διαδρομή ισχύος.

Σχετικά με το σύστημα λίπανσης και τη διατροφή

Αυτή η μονάδα δεν έχει διαφορές στο σύστημα τροφοδοσίας καυσίμου. Χρησιμοποιεί επίσης μια υποβρύχια αντλία που παρέχει βενζίνη υπό πίεση από τη δεξαμενή. Αλλά το σύστημα λίπανσης έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Έτσι, το λάδι για τα τριβόμενα μέρη του κινητήρα τροφοδοτείται απευθείας στον θάλαμο καύσης. Προβλέπεται ειδική οπή για λίπανση. Αλλά τίθεται το ερώτημα: πού πηγαίνει το λάδι στη συνέχεια εάν εισέλθει στον θάλαμο καύσης; Εδώ η αρχή λειτουργίας είναι παρόμοια με έναν δίχρονο κινητήρα. Το γράσο μπαίνει στο θάλαμο και καίγεται με βενζίνη. Αυτό το σχήμα λειτουργίας χρησιμοποιείται σε κάθε κινητήρα με περιστροφικό πτερύγιο, συμπεριλαμβανομένων των κινητήρων με έμβολο. Λόγω του ειδικού σχεδιασμού του συστήματος λίπανσης, τέτοιοι κινητήρες δεν μπορούν να ανταποκριθούν στους σύγχρονουςπεριβαλλοντικούς κανονισμούς. Αυτός είναι ένας από τους πολλούς λόγους για τους οποίους οι περιστροφικοί κινητήρες δεν χρησιμοποιούνται στο εμπόριο στο VAZ και σε άλλα μοντέλα αυτοκινήτων. Ωστόσο, πρώτα σημειώνουμε τα πλεονεκτήματα του RPD.

Πλεονεκτήματα

Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα σε αυτόν τον τύπο κινητήρα. Πρώτον, αυτός ο κινητήρας έχει μικρό βάρος και μέγεθος. Αυτό σας επιτρέπει να εξοικονομήσετε χώρο στο χώρο του κινητήρα και να τοποθετήσετε τον κινητήρα εσωτερικής καύσης σε οποιοδήποτε αυτοκίνητο. Επίσης, το χαμηλό βάρος συμβάλλει στη σωστή κατανομή βάρους του αυτοκινήτου. Εξάλλου, το μεγαλύτερο μέρος της μάζας στα αυτοκίνητα με κλασικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης συγκεντρώνεται στο μπροστινό μέρος του αμαξώματος.

Δεύτερον, ο κινητήρας με περιστροφικό έμβολο έχει υψηλή πυκνότητα ισχύος. Σε σύγκριση με τους κλασικούς κινητήρες, ο αριθμός αυτός είναι ενάμιση έως δύο φορές υψηλότερος. Επίσης, ο περιστροφικός κινητήρας έχει μεγαλύτερο ράφι ροπής. Διατίθεται σχεδόν από το ρελαντί, ενώ οι συμβατικοί κινητήρες εσωτερικής καύσης πρέπει να περιστρέφονται έως και τέσσερις έως πέντε χιλιάδες. Παρεμπιπτόντως, ένας περιστροφικός κινητήρας είναι πολύ πιο εύκολο να αποκτήσει υψηλή ταχύτητα. Αυτό είναι ένα άλλο συν.

Τρίτον, ένας τέτοιος κινητήρας έχει απλούστερο σχεδιασμό. Δεν υπάρχουν βαλβίδες, ελατήρια, μηχανισμός στροφάλου στο σύνολό του. Ταυτόχρονα, δεν υπάρχει συνηθισμένο σύστημα διανομής αερίου με ιμάντα και εκκεντροφόρο άξονα. Είναι η απουσία KShM που συμβάλλει σε ένα ευκολότερο σύνολο στροφών από έναν περιστροφικό κινητήρα εσωτερικής καύσης. Ένας τέτοιος κινητήρας περιστρέφεται έως και οκτώ έως δέκα χιλιάδες σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Λοιπόν, ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η λιγότερη τάση για έκρηξη.

Μειονεκτήματα

Ας μιλήσουμε τώρα για τα μειονεκτήματα λόγω της χρήσης του περιστροφικούοι κινητήρες περιορίστηκαν. Το πρώτο μείον είναι οι υψηλές απαιτήσεις για την ποιότητα του λαδιού. Αν και ο κινητήρας λειτουργεί σαν δίχρονος, δεν μπορείτε να γεμίσετε φτηνό "μεταλλικό νερό" εδώ. Τα μέρη και οι μηχανισμοί της μονάδας ισχύος υπόκεινται σε σημαντικά φορτία, επομένως, για να εξοικονομηθεί ο πόρος, απαιτείται μια πυκνή μεμβράνη λαδιού μεταξύ των ζευγών τριβής. Παρεμπιπτόντως, το πρόγραμμα αλλαγής λαδιών είναι έξι χιλιάδες χιλιόμετρα.

Το επόμενο μειονέκτημα αφορά τη γρήγορη φθορά των στοιχείων στεγανοποίησης του ρότορα. Αυτό οφείλεται στο μικρό έμπλαστρο επαφής. Λόγω της φθοράς των στοιχείων στεγανοποίησης, σχηματίζεται υψηλή διαφορική πίεση. Αυτό έχει αρνητικό αντίκτυπο στην απόδοση του περιστροφικού κινητήρα και στην κατανάλωση λαδιού (και κατά συνέπεια στην περιβαλλοντική απόδοση).

Αναφέροντας τις ελλείψεις, αξίζει να αναφέρουμε την κατανάλωση καυσίμου. Σε σύγκριση με έναν κινητήρα κυλίνδρου-εμβόλου, ένας περιστροφικός κινητήρας δεν έχει απόδοση καυσίμου, ειδικά σε μεσαίες και χαμηλές στροφές. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι το Mazda RX-8. Με όγκο 1,3 λίτρων, αυτός ο κινητήρας καταναλώνει τουλάχιστον 15 λίτρα βενζίνης ανά εκατό. Αξιοσημείωτο είναι ότι σε υψηλές ταχύτητες ρότορα, επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη απόδοση καυσίμου.

Επίσης, οι περιστροφικοί κινητήρες είναι επιρρεπείς σε υπερθέρμανση. Αυτό οφείλεται στο ειδικό φακοειδές σχήμα του θαλάμου καύσης. Δεν αφαιρεί καλά τη θερμότητα σε σύγκριση με μια σφαιρική (όπως στους συμβατικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης), επομένως, κατά τη λειτουργία, πρέπει πάντα να παρακολουθείτε τον αισθητήρα θερμοκρασίας. Σε περίπτωση υπερθέρμανσης, ο ρότορας παραμορφώνεται. Κατά την εργασία, θα σχηματίσει σημαντικές γρατζουνιές. Ως αποτέλεσμα, ο κινητήρας θα πλησιάσει στο τέλος.

Παρά τον απλό σχεδιασμό και την έλλειψη μηχανισμού στροφάλου, αυτός ο κινητήρας είναι δύσκολο να επισκευαστεί. Τέτοιοι κινητήρες είναι πολύ σπάνιοι και λίγοι από τους τεχνίτες έχουν εμπειρία με αυτούς. Ως εκ τούτου, πολλές υπηρεσίες αυτοκινήτων αρνούνται να "κεφαλαιοποιήσουν" τέτοιους κινητήρες. Και όσοι ασχολούνται με ρότορες ζητούν υπέροχα χρηματικά ποσά για αυτό. Πρέπει να πληρώσετε ή να εγκαταστήσετε νέο κινητήρα. Αλλά αυτό δεν αποτελεί εγγύηση υψηλών πόρων. Τέτοιοι κινητήρες φροντίζουν το πολύ 100 χιλιάδες χιλιόμετρα (ακόμη και με μέτρια λειτουργία και έγκαιρη συντήρηση). Και οι κινητήρες Mazda RX-8 δεν ήταν εξαίρεση.

περιστροφικός κινητήρας VAZ

Όλοι γνωρίζουν ότι τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιήθηκαν από τον Ιάπωνα κατασκευαστή Mazda στα χρόνια τους. Ωστόσο, λίγοι άνθρωποι γνωρίζουν το γεγονός ότι το RPD χρησιμοποιήθηκε επίσης στη Σοβιετική Ένωση στο VAZ Classic. Ένας τέτοιος κινητήρας αναπτύχθηκε με εντολή του υπουργείου ειδικών υπηρεσιών. Το VAZ-21079, εξοπλισμένο με έναν τέτοιο κινητήρα, ήταν ανάλογο του διάσημου μαύρου "Volga-catch-up" με έναν οκτακύλινδρο κινητήρα.

Η ανάπτυξη ενός κινητήρα με περιστροφικό έμβολο για το VAZ ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του '70. Το έργο δεν ήταν εύκολο - να δημιουργηθεί ένας περιστροφικός κινητήρας που θα ξεπερνά τον παραδοσιακό κινητήρα εσωτερικής καύσης με έμβολο από κάθε άποψη. Η ανάπτυξη μιας νέας μονάδας ισχύος πραγματοποιήθηκε από ειδικούς από τις αεροπορικές επιχειρήσεις Samara. Επικεφαλής του γραφείου συναρμολόγησης και σχεδιασμού ήταν ο Boris Sidorovich Pospelov.

Η ανάπτυξη των μονάδων ισχύος έγινε ταυτόχρονα με τη μελέτη περιστροφικών κινητήρων ξένων μοντέλων. Τα πρώτα αντίγραφα δεν διέφεραν σε υψηλές επιδόσεις και δεν μπήκαν στη σειρά. Λίγα χρόνια αργότερα, δημιουργήθηκαν διάφορες παραλλαγές του RPD για το κλασικό VAZ. Ο κινητήρας VAZ-311 αναγνωρίστηκε ως ο καλύτερος από αυτούς. Αυτός ο κινητήρας είχε τις ίδιες γεωμετρικές παραμέτρους με τον ιαπωνικό κινητήρα 1ZV. Η μέγιστη ισχύς της μονάδας ήταν 70 ίπποι. Παρά την ατέλεια του σχεδιασμού, η διοίκηση αποφάσισε να κυκλοφορήσει την πρώτη βιομηχανική παρτίδα RPD, τα οποία εγκαταστάθηκαν σε επίσημα οχήματα VAZ-2101. Ωστόσο, σύντομα ανακαλύφθηκαν πολλές ελλείψεις: ο κινητήρας προκάλεσε ένα κύμα παραπόνων, ξέσπασε ένα σκάνδαλο και ο αριθμός των υπαλλήλων του γραφείου σχεδιασμού μειώθηκε σημαντικά. Λόγω συχνών βλαβών, ο πρώτος περιστροφικός κινητήρας VAZ-311 σταμάτησε να λειτουργεί.

Αλλά η ιστορία του Σοβιετικού RPD δεν τελείωσε εκεί. Στη δεκαετία του '80, οι μηχανικοί κατάφεραν ακόμα να δημιουργήσουν έναν περιστροφικό κινητήρα που ξεπερνούσε σημαντικά τα χαρακτηριστικά ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με έμβολο. Έτσι, ήταν ένας περιστροφικός κινητήρας VAZ-4132. Η μονάδα ανέπτυξε ισχύ 120 ίππων. Αυτό έδωσε στο VAZ-2105 εξαιρετική δυναμική απόδοση. Με αυτόν τον κινητήρα, το αυτοκίνητο επιτάχυνε σε εκατοντάδες σε 9 δευτερόλεπτα. Και η μέγιστη ταχύτητα του «catch-up» ήταν 180 χιλιόμετρα την ώρα. Μεταξύ των βασικών πλεονεκτημάτων, αξίζει να σημειωθεί η υψηλή ροπή του κινητήρα, διαθέσιμη σε όλο το φάσμα στροφών και η υψηλή ισχύς του λίτρου, η οποία επιτεύχθηκε χωρίς καμία ώθηση.

Στη δεκαετία του '90, η AvtoVAZ άρχισε να αναπτύσσει έναν νέο περιστροφικό κινητήρα, ο οποίος επρόκειτο να εγκατασταθεί στο "εννέα". Έτσι, το 1994m έτος, γεννήθηκε μια νέα μονάδα ισχύος VAZ-415. Ο κινητήρας είχε όγκο εργασίας 1300 κυβικά εκατοστά και δύο θαλάμους καύσης. η αναλογία συμπίεσης του καθενός ήταν 9,4 Αυτό το εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας μπορεί να περιστρέφεται έως και δέκα χιλιάδες στροφές. Ταυτόχρονα, ο κινητήρας διακρίθηκε από χαμηλή κατανάλωση καυσίμου. Κατά μέσο όρο, η μονάδα κατανάλωνε 13-14 λίτρα ανά εκατό στον συνδυασμένο κύκλο (αυτός είναι ένας καλός δείκτης για έναν παλιό περιστροφικό κινητήρα εσωτερικής καύσης σύμφωνα με τα σημερινά πρότυπα). Ταυτόχρονα, ο κινητήρας διακρίθηκε από το χαμηλό απόβαρο. Χωρίς προσαρτήματα, ζύγιζε μόνο 113 κιλά.

Η κατανάλωση λαδιού του κινητήρα VAZ-415 είναι 0,6 τοις εκατό της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου. Ο πόρος του κινητήρα εσωτερικής καύσης πριν από την γενική επισκευή είναι 125 χιλιάδες χιλιόμετρα. Ο κινητήρας, εγκατεστημένος στο "εννέα", έδειξε καλά δυναμικά χαρακτηριστικά. Έτσι, η επιτάχυνση σε εκατοντάδες χρειάστηκε μόνο εννέα δευτερόλεπτα. Και η μέγιστη ταχύτητα είναι 190 χιλιόμετρα την ώρα. Υπήρχαν επίσης πειραματικά δείγματα του VAZ-2108 με περιστροφικό κινητήρα. Χάρη στο ελαφρύτερο βάρος του, το περιστροφικό «οκτώ» επιτάχυνε σε εκατοντάδες σε μόλις οκτώ δευτερόλεπτα. Και η μέγιστη ταχύτητα κατά τη διάρκεια των δοκιμών ήταν 200 χιλιόμετρα την ώρα. Ωστόσο, αυτοί οι κινητήρες δεν μπήκαν ποτέ στη σειρά. Δεν μπορείτε να τα βρείτε στη δευτερογενή αγορά ούτε σε αποσυναρμολογήσεις.

Σύνοψη

Λοιπόν, ανακαλύψαμε τι είναι περιστροφικός κινητήρας. Όπως μπορείτε να δείτε, αυτή είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα εξέλιξη που στοχεύει στην απόκτηση μέγιστης απόδοσης και ισχύος. Ωστόσο, λόγω του σχεδιασμού τους, οι μηχανισμοί του ρότορα φθείρονταν γρήγορα. Αυτό επηρέασε τον πόρο του κινητήρα. Ακόμη καιΤο ιαπωνικό RPD δεν είναι περισσότερο από εκατό χιλιάδες χιλιόμετρα. Επίσης, αυτοί οι κινητήρες έχουν υψηλές απαιτήσεις σε λιπαντικά και δεν μπορούν να πληρούν τις σύγχρονες περιβαλλοντικές προδιαγραφές. Επομένως, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης με περιστροφικό έμβολο δεν έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλείς στην αυτοκινητοβιομηχανία.