Motore rotativo: principio di funzionamento. Pro e contro di un motore rotativo

Sommario:

Motore rotativo: principio di funzionamento. Pro e contro di un motore rotativo
Motore rotativo: principio di funzionamento. Pro e contro di un motore rotativo
Anonim

Con l'invenzione del motore a combustione interna, il progresso nello sviluppo dell'industria automobilistica ha fatto passi avanti. Nonostante la struttura generale del motore a combustione interna sia rimasta la stessa, queste unità sono state costantemente migliorate. Insieme a questi motori, apparvero unità di tipo rotativo più progressive. Ma perché non si sono diffusi nel mondo automobilistico? Considereremo la risposta a questa domanda nell'articolo.

Storia dell'emergere dell'aggregato

Il motore rotativo è stato progettato e testato dagli sviluppatori Felix Wankel e W alter Freude nel 1957. La prima vettura su cui è stata installata questa unità è stata l'auto sportiva NSU Spyder. Gli studi hanno dimostrato che con una potenza del motore di 57 cavalli, questa vettura è stata in grado di accelerare fino a ben 150 chilometri orari. La produzione delle vetture "Spider" equipaggiate con un motore rotativo da 57 cavalli è durata circa 3 anni.

principio di funzionamento del motore rotativo
principio di funzionamento del motore rotativo

Successivamente, questo tipo di motore iniziò ad equipaggiare l'auto NSU Ro-80. Successivamente, i motori rotativi sono stati installati su Citroen, Mercedes, VAZ e Chevrolet.

Una delle auto a motore rotativo più comuni è l'auto sportiva giapponese Mazda Cosmo Sport. Inoltre, i giapponesi iniziarono a dotare il modello RX di questo motore. Il principio di funzionamento di un motore rotativo (Mazda RX) era quello di ruotare costantemente il rotore con un cambio di cicli di lavoro. Ma ne parleremo più avanti.

Al momento, la casa automobilistica giapponese non è impegnata nella produzione in serie di auto con motori rotativi. L'ultimo modello su cui è stato installato un tale motore è stata la Mazda RX8 della modifica Spirit R. Tuttavia, nel 2012, la produzione di questa versione dell'auto è stata interrotta.

Progettazione e principio di funzionamento

Qual è il principio di funzionamento di un motore rotativo? Questo tipo di motore si distingue per un ciclo di azione a 4 tempi, come in un classico motore a combustione interna. Tuttavia, il principio di funzionamento di un motore a pistoni rotativi è leggermente diverso da quello dei motori a pistoni convenzionali.

Qual è la caratteristica principale di questo motore? Il motore rotativo Stirling ha nel suo design non 2, non 4 e non 8 pistoni, ma solo uno. Si chiama rotore. Questo elemento ruota in un cilindro di forma speciale. Il rotore è montato sull'albero e collegato alla ruota dentata. Quest'ultimo ha una frizione a ingranaggi con un motorino di avviamento. L'elemento ruota lungo una curva epitrocoidale. Cioè, le pale del rotore coprono alternativamente la camera del cilindro. In quest'ultimo avviene la combustione del carburante. Il principio di funzionamento di un motore rotativo (incluso Mazda Cosmo Sport) è che in un giro il meccanismo spinge tre petali di cerchi duri. Quando la parte ruota nel corpo, i tre scomparti interni cambiano la loro dimensione. Modificando le dimensioni si crea una certa pressione nelle camere.

Fasi di lavoro

Come funziona un motore rotativo? Il principio di funzionamento (immagini-g.webp

  1. Rifornimento di carburante. Questa è la prima fase del motore. Si verifica nel momento in cui la parte superiore del rotore si trova a livello del foro di alimentazione. Quando la camera è aperta al vano principale, il suo volume si avvicina al minimo. Non appena il rotore ruota oltre, la miscela aria-carburante entra nel vano. Dopodiché, la camera si chiude di nuovo.
  2. Compressione. Man mano che il rotore continua il suo movimento, lo spazio nel vano diminuisce. Pertanto, una miscela di aria e carburante viene compressa. Non appena il meccanismo supera il vano candela, il volume della camera diminuisce nuovamente. A questo punto la miscela si accende.
  3. Accensioni. Spesso, un motore rotativo (incluso il VAZ-21018) ha diverse candele. Ciò è dovuto alla grande lunghezza della camera di combustione. Non appena la candela accende la miscela combustibile, il livello di pressione all'interno aumenta di dieci volte. Pertanto, il rotore viene azionato di nuovo. Inoltre, la pressione nella camera e la quantità di gas continuano a crescere. In questo momento, il rotore si muove e viene creata la coppia. Questo continua finché il meccanismo non supera la camera di scarico.
  4. Emissione di gas. Quando il rotore supera questo compartimento, il gas ad alta pressione inizia a muoversi liberamente nel tubo di scarico. In questo caso, il movimento del meccanismo non si ferma. Il rotore ruota stabilmente finché il volume della camera di combustione non scende nuovamente al minimo. A questo punto, la quantità rimanente di gas di scarico verrà espulsa dal motore.
Motore rotativo VAZ
Motore rotativo VAZ

Questo è esattamente il principio di funzionamento di un motore rotativo. Il VAZ-2108, su cui era montato anche l'RPD, come la Mazda giapponese, si distingueva per il funzionamento silenzioso del motore e le elevate prestazioni dinamiche. Ma questa modifica non è mai stata lanciata nella produzione di massa. Quindi, abbiamo scoperto qual è il principio di funzionamento di un motore rotativo.

Svantaggi e vantaggi

Non c'è da stupirsi che questo motore abbia attirato l'attenzione di così tante case automobilistiche. Il suo principio di funzionamento speciale e il design presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di motori a combustione interna.

Quindi quali sono i pro ei contro di un motore rotativo? Cominciamo con i vantaggi evidenti. In primo luogo, il motore rotativo ha il design più equilibrato e quindi praticamente non provoca vibrazioni elevate durante il funzionamento. In secondo luogo, questo motore ha un peso più leggero e una maggiore compattezza, quindi la sua installazione è particolarmente rilevante per i produttori di auto sportive. Inoltre, il peso ridotto dell'unità ha consentito ai progettisti di ottenere una distribuzione ideale del peso dei carichi sugli assi. Così, un'auto con questo motore è diventata più stabile e manovrabile su strada.

come funziona un motore rotativo mazda
come funziona un motore rotativo mazda

E, naturalmente, lo spazio del design. Nonostante lo stesso numero di cicli di funzionamento, il dispositivo di questo motore è molto più semplice di quello di una controparte a pistoni. Per creare un motore rotativo era richiesto un numero minimo di componenti e meccanismi.

Tuttavia, la principale carta vincente di questo motore non è il suo peso e le basse vibrazioni, ma la sua alta efficienza. Grazie allo speciale principio di funzionamento, il motore rotativo aveva una maggiore potenza ed efficienza.

Ora per i lati negativi. Si sono rivelati molto più che vantaggi. Il motivo principale per cui i produttori si sono rifiutati di acquistare tali motori è stato il loro elevato consumo di carburante. In media, per un centinaio di chilometri, un'unità del genere ha consumato fino a 20 litri di carburante e questo, vedi, è una spesa considerevole per gli standard odierni.

Difficoltà nella produzione di parti

Inoltre, vale la pena notare l' alto costo di produzione delle parti per questo motore, che è stato spiegato dalla complessità della produzione del rotore. Affinché questo meccanismo possa superare correttamente la curva epitrocoidale, è necessaria un'elevata precisione geometrica (anche per il cilindro). Pertanto, nella produzione di motori rotativi, è impossibile fare a meno di apparecchiature costose specializzate e conoscenze speciali nel campo tecnico. Di conseguenza, tutti questi costi sono inclusi nel prezzo dell'auto in anticipo.

Surriscaldamento e carichi elevati

Inoltre, a causa del design speciale, questa unità era spesso soggetta a surriscaldamento. L'intero problema era la forma lenticolare della camera di combustione.

motore stirling rotativo
motore stirling rotativo

Al contrario, i classici motori a combustione interna hanno un design a camera sferica. Il combustibile che brucia nel meccanismo lenticolare viene convertito in energia termica, che viene consumata non solo per la corsa di lavoro, ma anche per riscaldare il cilindro stesso. In definitiva, la frequente "ebollizione" dell'unità porta a una rapida usura e cedimento.

Risorsa

Non solo il cilindro sopporta carichi pesanti. Gli studi hanno dimostrato che durante il funzionamento del rotore, una parte significativa dei carichi cade sulle guarnizioni situate tra gli ugelli dei meccanismi. Sono soggetti a una caduta di pressione costante, quindi la durata massima del motore non supera i 100-150 mila chilometri.

principio di funzionamento del motore rotativo su un vaz
principio di funzionamento del motore rotativo su un vaz

Dopodiché, il motore necessita di una revisione approfondita, il cui costo a volte equivale all'acquisto di una nuova unità.

Consumo di petrolio

Inoltre, il motore rotativo richiede una manutenzione molto impegnativa.

principio di funzionamento di un motore a pistoni rotanti
principio di funzionamento di un motore a pistoni rotanti

Ha un consumo di olio di oltre 500 millilitri ogni mille chilometri, il che rende necessario il riempimento di liquido ogni 4-5mila chilometri.chilometri di corsa. Se non lo sostituisci in tempo, il motore semplicemente si guasterà. Cioè, il problema della manutenzione di un motore rotativo deve essere affrontato in modo più responsabile, altrimenti il minimo errore è irto di costose riparazioni dell'unità.

Varietà

Attualmente, ci sono cinque varietà di questi tipi di aggregati:

  1. Motori a rotore con movimento alternativo dell'albero.
  2. Con rotazione uniforme dell'albero. Allo stesso tempo, nella sua progettazione non vengono utilizzati meccanismi di tenuta. La posizione delle camere di combustione hanno un tipo a spirale.
  3. principio di funzionamento del motore rotativo svantaggi e vantaggi
    principio di funzionamento del motore rotativo svantaggi e vantaggi
  4. Unità con movimento rotatorio pulsante diretto in 1 direzione.
  5. Con rotazione dell'albero epicicloidale, senza elementi di tenuta. Un esempio lampante di questo è il motore Wankel.
  6. RPD con funzionamento uniforme degli elementi di lavoro e una disposizione a spirale delle camere di combustione.

Motore rotativo (VAZ-21018-2108)

La storia della creazione dei motori a combustione interna rotativi VAZ risale al 1974. Fu allora che fu creato il primo ufficio di progettazione RPD. Tuttavia, il primo motore sviluppato dai nostri ingegneri aveva un design simile al motore Wankel, che era equipaggiato con berline NSU Ro80 importate. La controparte sovietica si chiamava VAZ-311. Questo è il primo vero motore rotativo sovietico. Il principio di funzionamento sulle auto VAZ di questo motore ha lo stesso algoritmo di funzionamento Wankel RPD.

La prima auto su cui sono stati installati questi motori è stata la modifica VAZ 21018. L'auto praticamente non differiva dal suo "antenato" - il modello 2101 - ad eccezione del motore a combustione interna utilizzato. Sotto il cofano della novità c'era un RPD a sezione singola con una capacità di 70 cavalli. Tuttavia, a seguito della ricerca su tutti i 50 campioni di modello, sono stati rilevati numerosi guasti al motore, che hanno costretto lo stabilimento Volzhsky a rifiutarsi di utilizzare questo tipo di motore a combustione interna sulle sue auto per i prossimi anni.

gif di principio di funzionamento del motore rotativo
gif di principio di funzionamento del motore rotativo

La causa principale dei malfunzionamenti dell'RPD domestico erano le guarnizioni inaffidabili. Tuttavia, i designer sovietici decisero di salvare questo progetto presentando al mondo un nuovo motore rotativo a 2 sezioni VAZ-411. Successivamente è stato sviluppato un motore a combustione interna del marchio VAZ-413. Le loro principali differenze erano al potere. La prima copia ha sviluppato fino a 120 cavalli, la seconda - circa 140. Tuttavia, queste unità non sono state nuovamente incluse nella serie. L'impianto ha deciso di metterli solo su auto ufficiali utilizzate dalla polizia stradale e dal KGB.

Motori per aviazione, "otto" e "nove"

Negli anni successivi, gli sviluppatori hanno cercato di creare un motore rotativo per piccoli aerei domestici, ma tutti i tentativi non hanno avuto successo. Di conseguenza, i progettisti hanno ripreso lo sviluppo di motori per autovetture (ora a trazione anteriore) serie VAZ 8 e 9. A differenza dei loro predecessori, i motori VAZ-414 e 415 di nuova concezione erano universali e potevano essere utilizzati su auto a trazione posteriore come Volga, Moskvich e così via.

Caratteristiche dell'RPD VAZ-414

principio di funzionamento del motore rotativo svantaggi e vantaggi
principio di funzionamento del motore rotativo svantaggi e vantaggi

Per la prima volta questo motore è apparso sui "nove" solo nel 1992. Rispetto ai suoi "antenati", questo motore presentava i seguenti vantaggi:

  • Elevata potenza specifica, che ha permesso all'auto di comporre "cento" in soli 8-9 secondi.
  • Grande efficienza. Era possibile ottenere fino a 110 cavalli da un litro di carburante bruciato (e questo senza alcuna forzatura e alesatura aggiuntiva del blocco cilindri).
  • Alto potenziale di forzatura. Con le giuste impostazioni, è stato possibile aumentare la potenza del motore di diverse decine di cavalli.
  • Motore ad alta velocità. Un tale motore era in grado di funzionare anche a 10.000 giri/min. Sotto tali carichi, solo un motore rotativo potrebbe funzionare. Il principio di funzionamento dei classici motori a combustione interna non consente loro di funzionare a lungo ad alte velocità.
  • Consumo di carburante relativamente basso. Se le copie precedenti "mangiavano" circa 18-20 litri di carburante per "cento", allora questa unità ne consumava solo 14-15 durante il funzionamento medio.

Situazione odierna con l'RPD presso lo stabilimento automobilistico del Volga

Tutti i motori sopra descritti non hanno guadagnato molta popolarità e presto la loro produzione è stata ridotta. In futuro, lo stabilimento automobilistico del Volga non ha in programma di rilanciare lo sviluppo dei motori rotativi. Quindi l'RPD VAZ-414 rimarrà un pezzo di carta accartocciato nella storia dell'ingegneria domestica.

Quindi, abbiamo scoperto quale motore rotativo ha il principio di funzionamento e il dispositivo.

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