Motor rotativ ( RD , RDVS, Wankel engine ) este un motor rotativ cu ardere internă , al cărui design a fost dezvoltat în 1957 de inginerul NSU Walter Freude . El a venit și cu ideea acestui design. Motorul a fost dezvoltat împreună cu Felix Wankel , care lucra la un design diferit pentru un motor cu piston rotativ [1] .
O caracteristică a motorului este utilizarea unui rotor triedric (piston), care are forma unui triunghi Reuleaux , care se rotește în interiorul unui cilindru cu un profil special, a cărui suprafață este realizată de-a lungul unui epitrochoid (alte forme de rotor și cilindru sunt de asemenea posibile [2] ).
Rotorul montat pe arbore este conectat rigid la roata dințată, care se cuplează cu angrenajul fix - statorul. Diametrul rotorului este mult mai mare decât diametrul statorului, în ciuda acestui fapt, rotorul cu roata dințată se rostogolește în jurul angrenajului. Fiecare dintre vârfurile rotorului triedric se deplasează de-a lungul suprafeței epitrocoidală a cilindrului și taie volumele variabile ale camerelor din cilindru folosind trei etanșări radiale.
Acest design permite efectuarea oricărui ciclu Diesel , Stirling sau Otto în 4 timpi fără utilizarea unui mecanism special de distribuție a gazului. Etanșarea camerelor este asigurată de plăci de etanșare radiale și de capăt presate pe cilindru prin forțe centrifuge, presiunea gazului și arcuri cu bandă. Absența unui mecanism de distribuție a gazului face motorul mult mai simplu decât un motor cu piston în patru timpi, iar absența interfeței (spațiu carter, arbore cotit și biele ) între camerele individuale de lucru asigură o compactitate extraordinară și o densitate mare de putere. Pentru o rotație a arborelui excentric, motorul efectuează un ciclu de lucru, care este echivalent cu funcționarea unui motor cu piston în doi timpi. Într-o rotație a rotorului, arborele excentric efectuează 3 rotații și 3 curse de putere, ceea ce duce la comparații eronate între un motor rotativ și un motor cu piston cu șase cilindri.
Formarea amestecului, aprinderea , lubrifierea, răcirea, pornirea sunt în principiu aceleași cu cele ale unui motor cu ardere internă cu piston convențional.
Aplicația practică a fost primită de motoarele cu rotoare triedrice, cu raportul dintre angrenajul și razele angrenajului: R: r = 2: 3, care sunt instalate pe mașini, bărci etc.
Mașinile cu RPD consumă de la 7 la 20 de litri de combustibil la 100 km, în funcție de modul de conducere, ulei - de la 0,4 litri la 1 litru la 1000 km.
Motorul Wankel utilizează un ciclu în patru timpi :
În ciuda asemănării ciclului, dinamica de ardere a amestecului combustibil-aer într-un motor cu piston rotativ (RPD) este foarte diferită de un motor cu piston tradițional.
Într -un motor cu piston (PD), încărcătura combustibil-aer, care trece în cilindru prin supapă în faza de admisie, dobândește o turbulență mare , care crește odată cu creșterea vitezei arborelui cotit , ceea ce afectează în mod favorabil combustia completă a amestecului. În RPD, turbulența este mai mică și în momentul aprinderii, sarcina principală a amestecului înainte de rotația rotorului arde rapid, în timp ce partea din spate a cavității de lucru rămâne nearsă și este eliberată în atmosferă. Așa se explică procentul de 6-8 ori mai mare al emisiilor de hidrocarburi nearse în atmosferă în comparație cu motoarele cu piston.
O altă diferență între ciclul de lucru RPD și ciclul de lucru PD este deplasarea momentului de degajare maximă de căldură în camera de ardere către linia de expansiune după trecerea prin punctul mort superior . Prin urmare, temperaturile maxime ale ciclului, la același raport de compresie, sunt mai mici pentru RPD, iar în faza de evacuare, temperatura gazelor de eșapament este cu 200–250 ° C mai mare decât la motoarele cu piston. Acest lucru este nefavorabil termodinamic și duce la o reducere suplimentară a eficienței , dar, în același timp, din acest motiv, emisia de oxid de azot din RPD este cu 20% mai mică, iar la aceleași rapoarte de compresie, RPD este capabil să funcționeze fără detonație pe combustibil cu o valoare octanică cu 15 unități mai mică decât un motor cu piston.
Eliminarea deficiențelor RPD se realizează prin complicarea sistemelor de injecție, crearea stratificării amestecului combustibil-aer în camera de ardere etc. [3]
Avantaje față de motoarele cu piston:
Datorită lipsei de conversie a mișcării alternative în mișcare de rotație, motorul Wankel este capabil să reziste la viteze mult mai mari în comparație cu motoarele tradiționale. Motoarele cu piston rotativ au o putere mai mare cu un volum mic al camerei de ardere, în timp ce designul motorului în sine este relativ mic și conține mai puține piese. Dimensiunea redusă îmbunătățește manevrabilitatea, facilitează amplasarea optimă a transmisiei (distribuția greutății) și vă permite să faceți mașina mai spațioasă pentru șofer și pasageri.
Dezavantaje :
Motorul a fost dezvoltat inițial special pentru utilizarea în vehicule. Prima mașină de producție cu motor rotativ a fost mașina sport germană NSU Spider .
Prima masă (37204 exemplare) este sedanul german business class NSU Ro 80 . Mașina a avut suficiente inovații în plus față de motor, în special, o caroserie cu o rezistență aerodinamică scăzută record, o cutie de viteze semi-automată cu un convertor de cuplu, blocuri de faruri și așa mai departe. Ro 80 prezenta nu numai un design unic, ci și un design avansat care s-a dovedit de neînțeles pentru publicul de la mijlocul anilor 60 (vezi NSU Ro 80 ); zece ani mai târziu, el a stat la baza stilului modelelor Audi 100 și 200 de generații C2 .
Resursa motorului s-a dovedit a fi foarte mică (au fost necesare reparații după o rulare de aproximativ 50 de mii de km), așa că mașina și-a câștigat o reputație proastă și a devenit infamă. Pe multe mașini supraviețuitoare, motorul original a fost înlocuit cu un motor cu piston Ford L4 „Essex” .
Citroën a experimentat și cu RPD-uri, proiectul Citroën M35 .
După aceea, producția în serie și la scară mică a motoarelor cu piston rotativ Wankel a fost realizată numai de Mazda (Japonia) și VAZ (URSS) [4] .
Inginerii Mazda, care au creat motorul cu piston rotativ Renesis (derivat din cuvintele ( ing. Motor rotativ: motor rotativ și Genesis: procesul de formare , numele care vorbește despre apariția unei noi clase de motoare), au reușit să rezolve principalele probleme. probleme ale unor astfel de motoare - toxicitatea de evacuare și neeconomice În comparație cu motoarele predecesoare, a fost posibilă reducerea consumului de ulei cu 50%, benzină cu 40% și aducerea emisiilor de oxizi nocivi la standardele Euro IV.Motorul Renesis cu două camere cu un volum de numai 1,3 litri produce 250 CP și ocupă puțin spațiu în compartimentul motor. Următorul model al motorului Renesis 2 16X are un volum de 1,6 litri, iar cu mai multă putere se încălzește mai puțin.
Mașinile marca Mazda cu literele RE în nume (primele litere din numele „Renesis”) pot folosi atât benzină , cât și hidrogen ca combustibil (întrucât este mai puțin sensibil la detonare decât un motor convențional care folosește un piston alternativ). Aceasta a fost a doua rundă de atenție sporită acordată RPD-ului din partea dezvoltatorilor.
În ciuda mai multor încercări de a instala motorul Wankel pe aeronave (prototipurile au fost testate în diferite țări încă din anii 1950), acesta nu a găsit o aplicație largă în aviație. În prezent (2011), motorul Wankel este instalat pe unele modele de planoare Schleicher .
Există un motor britanic AR731 de 38 CP conceput special pentru drone kamikaze sau alte drone de impact sau de scurtă durată. Motorul are o copie chineză a MDR-208, care, la rândul său, este copiată în Iran sub numele Shahed-783. Acest motor este folosit în drona Shahed-131, care este cunoscută în Rusia ca „Geran-1”.
În 2019, oamenii de știință ruși de la Institutul Central de Motoare de Aviație. P. I. Baranov și Fundația pentru Cercetări Avansate au rezolvat problema uzurii rapide a motorului prin crearea RPD-urilor bazate pe materiale de nouă generație - matrice interceramică și compozite metal -matrice ceramică . Conform rezultatelor testelor, uzura acestor elemente este neglijabilă. Toate și-au păstrat performanța, confirmând posibilitatea și perspectivele de utilizare a materialelor compozite pentru fabricarea celor mai încărcate și problematice elemente RPD. Noul motor de uz casnic folosește și un sistem de turboalimentare cu răcire cu aer și un nou sistem de control dezvoltat special pentru RPD. [5]
RPD URSS/Rusia