Roterande motor ( RD , RDVS, Wankel-motor ) är en roterande förbränningsmotor , vars design utvecklades 1957 av NSU- ingenjör Walter Freude . Han kom också på idén till denna design. Motorn utvecklades tillsammans med Felix Wankel , som arbetade på en annan design för en roterande kolvmotor [1] .
En egenskap hos motorn är användningen av en trihedrisk rotor (kolv), som har formen av en Reuleaux-triangel , som roterar inuti en cylinder med en speciell profil, vars yta är gjord längs en epitrokoid (andra former av rotorn och cylinder är också möjliga [2] ).
Rotorn monterad på axeln är styvt ansluten till kugghjulet, som griper in i det fasta kugghjulet - statorn. Rotorns diameter är mycket större än statorns diameter, trots detta rullar rotorn med kugghjulet runt kugghjulet. Var och en av topparna på den trihedriska rotorn rör sig längs cylinderns epitrokoidala yta och skär av de variabla volymerna av kamrarna i cylindern med hjälp av tre radiella tätningar.
Denna design gör att alla 4-takts diesel- , Stirling- eller Otto -cykler kan utföras utan användning av en speciell gasdistributionsmekanism. Tätningen av kamrarna tillhandahålls av radiella och ändtätande plattor som pressas mot cylindern av centrifugalkrafter, gastryck och bandfjädrar. Frånvaron av en gasfördelningsmekanism gör motorn mycket enklare än en fyrtaktskolvmotor, och frånvaron av gränssnitt (vevhusutrymme, vevaxel och vevstakar ) mellan enskilda arbetskammare säkerställer extraordinär kompakthet och hög effekttäthet. För ett varv av den excentriska axeln utför motorn en arbetscykel, vilket motsvarar driften av en tvåtakts kolvmotor. I ett varv av rotorn utför den excentriska axeln 3 varv och 3 kraftslag, vilket leder till felaktiga jämförelser mellan en roterande motor och en sexcylindrig kolvmotor.
Blandningens bildning, tändning , smörjning, kylning, uppstart är i grunden desamma som för en konventionell kolvförbränningsmotor .
Praktisk tillämpning mottogs av motorer med trihedriska rotorer, med förhållandet mellan växel och växelradier: R: r = 2: 3, som är installerade på bilar, båtar etc.
Bilar med RPD förbrukar från 7 till 20 liter bränsle per 100 km, beroende på körläge, olja - från 0,4 liter till 1 liter per 1000 km.
Wankelmotorn använder en fyrtaktscykel :
Trots likheten i cykeln skiljer sig förbränningsdynamiken hos bränsle-luftblandningen i en roterande kolvmotor (RPD) mycket från en traditionell kolvmotor.
I en kolvmotor (PD) får bränsle-luftladdningen, som passerar in i cylindern genom ventilen vid insugningssteget, hög turbulens , vilket ökar med ökande vevaxelhastighet , vilket positivt påverkar fullständigheten av förbränningen av blandningen. I RPD är turbulensen lägre och i antändningsögonblicket brinner huvudladdningen av blandningen före rotorns rotation snabbt ut, medan den bakre delen av arbetskaviteten förblir oförbränd och släpps ut i atmosfären. Detta förklarar den 6-8 gånger högre andelen utsläpp av oförbrända kolväten till atmosfären jämfört med kolvmotorer.
En annan skillnad mellan RPD-arbetscykeln och PD-arbetscykeln är förskjutningen i ögonblicket för maximal värmeavgivning i förbränningskammaren till expansionsledningen efter att ha passerat genom det övre dödläget . Därför är de maximala cykeltemperaturerna, vid samma kompressionsförhållande, lägre för RPD, och i avgasfasen är temperaturen på avgaserna 200–250 ° C högre än för kolvmotorer. Detta är termodynamiskt ogynnsamt och leder till en ytterligare minskning av effektiviteten , men samtidigt, av denna anledning, är utsläppet av kväveoxid från RPD 20% lägre, och vid samma kompressionsförhållanden kan RPD fungera utan detonation på bränsle med ett oktantal som är 15 enheter mindre än en kolvmotor.
Att eliminera bristerna med RPD uppnås genom att komplicera insprutningssystem, skapa skiktning av bränsle-luftblandningen i förbränningskammaren, etc. [3]
Fördelar jämfört med kolvmotorer:
På grund av bristen på omvandling av fram- och återgående rörelse till rotationsrörelse klarar Wankelmotorn mycket högre hastigheter jämfört med traditionella motorer. Roterande kolvmotorer har högre effekt med en liten volym av förbränningskammaren, medan själva motorkonstruktionen är relativt liten och innehåller färre delar. Den lilla storleken förbättrar hanteringen, underlättar den optimala placeringen av transmissionen (viktfördelning) och gör att du kan göra bilen rymligare för föraren och passagerarna.
Nackdelar :
Motorn utvecklades ursprungligen speciellt för användning i fordon. Den första produktionsbilen med roterande motor var den tyska sportbilen NSU Spider .
Den första massan (37204 exemplar) är den tyska affärsklassen sedan NSU Ro 80 . Bilen hade tillräckligt med innovationer utöver motorn, i synnerhet en kaross med ett rekordlågt aerodynamiskt motstånd, en halvautomatisk växellåda med en vridmomentomvandlare, blockstrålkastare och så vidare. Ro 80 presenterade inte bara en unik design, utan också en avancerad design som visade sig vara obegriplig för allmänheten i mitten av sextiotalet (se NSU Ro 80 ); tio år senare var det han som låg till grund för stilen hos Audi 100 och 200 generationens C2- modeller .
Motorresursen visade sig vara mycket liten (reparationer krävdes efter en körning på cirka 50 tusen km), så bilen fick ett dåligt rykte och blev ökända. På många överlevande bilar ersattes originalmotorn av en Ford L4 "Essex" kolvmotor .
Citroën har också experimenterat med RPD, Citroën M35- projektet .
Därefter utfördes serie- och småskalig produktion av Wankel-roterande kolvmotorer endast av Mazda (Japan) och VAZ (USSR) [4] .
Mazdas ingenjörer, som skapade Renesis roterande kolvmotor (som härrör från orden ( eng. Rotary Engine: rotary engine och Genesis: the process of formation , namnet talar om framväxten av en ny klass av motorer), lyckades lösa de viktigaste problem med sådana motorer - avgastoxicitet och oekonomisk Jämfört med föregångare motorer var det möjligt att minska oljeförbrukningen med 50%, bensin med 40% och bringa utsläppet av skadliga oxider till Euro IV -standarder.Tvåkammarmotorn Renesis med en volym på endast 1,3 liter ger 250 hk och tar liten plats i motorrummet. Nästa modell av Renesis 2 16X-motorn har en volym på 1,6 liter, och med mer effekt värms den mindre.
Bilar av märket Mazda med bokstäverna RE i namnet (de första bokstäverna från namnet "Renesis") kan använda både bensin och väte som bränsle (eftersom den är mindre känslig för detonation än en konventionell motor som använder en kolv). Detta var den andra omgången av ökad uppmärksamhet på RPD från utvecklare.
Trots ett antal försök att installera Wankel-motorn på flygplan (prototyper har testats i olika länder sedan 1950-talet), har den inte funnit någon bred användning inom flyget. För närvarande (2011) är Wankel-motorn installerad på vissa modeller av Schleicher -motorsegelflygplan .
Det finns en brittisk 38 hk AR731-motor designad speciellt för kamikaze-drönare eller andra slag- eller kortlivade drönare. Motorn har en kinesisk kopia av MDR-208, som i sin tur är kopierad i Iran under namnet Shahed-783. Denna motor används i drönaren Shahed-131, som i Ryssland är känd som "Geran-1".
Under 2019 ryska forskare från Central Institute of Aviation Motors. P. I. Baranov och Foundation for Advanced Research löste problemet med snabb motorslitage genom att skapa RPD:er baserade på ny generations material - interkeramiska matriser och metallkeramiska matriskompositer . Enligt testresultaten är slitaget på dessa element försumbart. Alla behöll sina prestanda, vilket bekräftar möjligheten och utsikterna att använda kompositmaterial för tillverkning av de mest belastade och problematiska RPD-elementen. Den nya inhemska motorn använder också ett turboladdningssystem med luftkylning och ett nytt styrsystem speciellt utvecklat för RPD. [5]
RPD USSR/Ryssland
| Motorer | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| se även evighetsmaskin Kuggväxelmotor gummimotor | |||||||||||||||||