Σε αντίθεση με τα πιο συνηθισμένα σχέδια εμβόλων, ο κινητήρας Wankel προσφέρει τα πλεονεκτήματα της απλότητας, της ομαλότητας, της συμπαγείας, των υψηλών στροφών και της υψηλής αναλογίας ισχύος προς βάρος. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι παράγονται τρεις παλμοί ισχύος ανά περιστροφή του ρότορα Wankel, σε σύγκριση με μία περιστροφή σε έναν δίχρονο κινητήρα με έμβολο και μία ανά δύο στροφές σε έναν τετράχρονο κινητήρα.
Οι στροφές ανά λεπτό αναφέρεται συνήθως ως περιστροφικός κινητήρας. Αν και αυτό το όνομα ισχύει και για άλλα σχέδια, κυρίως κινητήρες αεροσκαφών με τους κυλίνδρους τους να βρίσκονται γύρω από τον στροφαλοφόρο άξονα.
Ο κύκλος τεσσάρων σταδίων εισαγωγής, συμπίεσης, ανάφλεξης και εξαγωγής λαμβάνει χώρα σε κάθε περιστροφή σε κάθε ένα από τα τρία άκρα του ρότορα, τα οποία κινούνται μέσα σε ένα οβάλ ταιριαστό περίβλημα με διάτρηση, επιτρέποντας τρεις φορές περισσότερους παλμούς ανά περιστροφή ρότορα. Ο ρότορας έχει σχήμα παρόμοιο με το τρίγωνο Reule και οι πλευρές του είναι πιο επίπεδες.
Σχεδιαστικά χαρακτηριστικά του κινητήρα Wankel
Το θεωρητικό σχήμα του ρότορα Wankel RPD μεταξύ σταθερών γωνιών είναι το αποτέλεσμα της μείωσης του όγκου του γεωμετρικού θαλάμου καύσης και της αύξησης του λόγου συμπίεσης. Η συμμετρική καμπύλη που συνδέει δύο αυθαίρετες κορυφές του ρότορα είναι μέγιστη προς την κατεύθυνση του εσωτερικού σχήματος του περιβλήματος.
Ένας κεντρικός κινητήριος άξονας, που ονομάζεται "έκκεντρος" ή "Ε-άξονας", διατρέχει το κέντρο του ρότορα και υποστηρίζεται από σταθερά ρουλεμάν. Οι κύλινδροι κινούνται σε έκκεντρα (παρόμοια με τις μπιέλες) ενσωματωμένα σε έναν έκκεντρο άξονα (παρόμοιο με έναν στροφαλοφόρο άξονα). Οι ρότορες περιστρέφονται γύρω από τα έκκεντρα και κάνουν τροχιακές στροφές γύρω από τον έκκεντρο άξονα.
Η περιστροφική κίνηση κάθε ρότορα στον δικό του άξονα προκαλείται και ελέγχεται από ένα ζεύγος γραναζιών συγχρονισμού. Ένα σταθερό γρανάζι τοποθετημένο στη μία πλευρά του περιβλήματος του ρότορα ταιριάζει σε ένα δακτυλιοειδές γρανάζι που είναι προσαρτημένο στον ρότορα και διασφαλίζει ότι ο ρότορας κινείται ακριβώς στο 1/3 της στροφής για κάθε περιστροφή του έκκεντρου άξονα. Η ισχύς εξόδου του κινητήρα δεν μεταδίδεται μέσω συγχρονιστών. Η δύναμη πίεσης αερίου στον ρότορα (σε μια πρώτη προσέγγιση) πηγαίνει απευθείας στο κέντρο του έκκεντρου τμήματος του άξονα εξόδου.
Το Wankel RPD είναι στην πραγματικότητα ένα σύστημα προοδευτικών κοιλοτήτων μεταβλητού όγκου. Έτσι, υπάρχουν τρεις κοιλότητες στο σώμα, που όλες επαναλαμβάνουν τον ίδιο κύκλο. Καθώς ο ρότορας περιστρέφεται τροχιακά, κάθε πλευρά πλησιάζει και στη συνέχεια απομακρύνεται από το τοίχωμα του περιβλήματος, συμπιέζοντας και επεκτείνοντας τον θάλαμο καύσης, παρόμοια με τη διαδρομή ενός εμβόλου σε έναν κινητήρα. Το διάνυσμα ισχύος του σταδίου καύσης διέρχεται από το κέντρο της μετατοπισμένης λεπίδας.
Οι κινητήρες Wankel είναι γενικά ικανοί να φτάσουν πολύ υψηλότερες στροφές ανά λεπτό από εκείνους με παρόμοια απόδοση ισχύος. Αυτό οφείλεται στην εγγενή ομαλότητα της κυκλικής κίνησης και στην απουσία εξαρτημάτων υψηλής πίεσης όπως στροφαλοφόροι άξονες, εκκεντροφόροι ή μπιέλες. Οι έκκεντροι άξονες δεν έχουν περιγράμματα στροφάλου προσανατολισμένα στην τάση.
Προβλήματα συσκευής και επίλυσή τους
Ο Felix Wankel κατάφερε να ξεπεράσει τα περισσότερα από τα προβλήματα που προκάλεσαν την αστοχία προηγούμενων περιστροφικών συσκευών:
- Οι περιστροφικές στροφές έχουν ένα πρόβλημα που δεν εντοπίζεται σε μονάδες τετράχρονων εμβόλων, στις οποίες το περίβλημα του μπλοκ έχει αέρια εισαγωγής, συμπίεσης, καύσης και εξαγωγής που ρέουν σε σταθερές θέσεις γύρω από το περίβλημα. Η χρήση σωλήνων θερμότητας σε αερόψυκτους περιστροφικούς κινητήρες Wankel προτάθηκε από το Πανεπιστήμιο της Φλόριντα για να ξεπεραστεί η ανομοιόμορφη θέρμανση του συγκροτήματος στέγασης. Η προθέρμανση ορισμένων τμημάτων του αμαξώματος με καυσαέρια βελτίωσε την απόδοση και την οικονομία καυσίμου, ενώ παράλληλα μείωσε τη φθορά και τις εκπομπές ρύπων.
- Προβλήματα προέκυψαν επίσης κατά τη διάρκεια της έρευνας στις δεκαετίες του '50 και του '60. Για αρκετό καιρό, οι μηχανικοί είχαν έρθει αντιμέτωποι με αυτό που αποκαλούσαν «γρατζουνιά του διαβόλου» στην εσωτερική επιφάνεια του επιτροχοειδούς. Ανακάλυψαν ότι η αιτία ήταν οι ακριβείς συμπιέσεις που έφταναν σε συντονιστική δόνηση. Αυτό το πρόβλημα επιλύθηκε με τη μείωση του πάχους και του βάρους των μηχανικών στεγανοποιήσεων. Οι γρατσουνιές εξαφανίστηκαν μετά την εισαγωγή πιο συμβατών υλικών στεγανοποίησης και επίστρωσης.
- Ένα άλλο πρώιμο πρόβλημα ήταν η ανάπτυξη ρωγμών στην επιφάνεια του στάτορα κοντά στην οπή του βύσματος, η οποία εξαλείφθηκε με την εγκατάσταση των μπουζί σε ένα ξεχωριστό μεταλλικό ένθετο, έναν χάλκινο δακτύλιο στο περίβλημα αντί για ένα βύσμα που βιδώθηκε απευθείας στο περίβλημα του μπλοκ.
- Οι τετράχρονες συσκευές εμβόλου δεν είναι πολύ κατάλληλες για χρήση με καύσιμο υδρογόνου. Ένα άλλο πρόβλημα σχετίζεται με την ενυδάτωση στο λιπαντικό φιλμ σε σχέδια εμβόλων. Στους κινητήρες εσωτερικής καύσης Wankel, αυτό το πρόβλημα μπορεί να παρακαμφθεί χρησιμοποιώντας μια κεραμική μηχανική σφράγιση στην ίδια επιφάνεια, έτσι ώστε να μην υπάρχει φιλμ λαδιού που να υποφέρει από ενυδάτωση. Το κέλυφος του εμβόλου πρέπει να λιπαίνεται και να ψύχεται με λάδι. Αυτό αυξάνει σημαντικά την κατανάλωση λιπαντικού σε έναν τετράχρονο κινητήρα υδρογόνου εσωτερικής καύσης.
Υλικά για την κατασκευή κινητήρων εσωτερικής καύσης
Σε αντίθεση με μια μονάδα εμβόλου, στην οποία ο κύλινδρος θερμαίνεται με τη διαδικασία καύσης και στη συνέχεια ψύχεται από την εισερχόμενη φόρτιση, τα περιβλήματα ρότορα Wankel θερμαίνονται συνεχώς από τη μία πλευρά και ψύχονται από την άλλη, με αποτέλεσμα υψηλές τοπικές θερμοκρασίες και άνιση θερμική διαστολή. Αν και αυτό δημιουργεί μεγάλες απαιτήσεις για τα υλικά που χρησιμοποιούνται, η απλότητα του Wankel διευκολύνει τη χρήση ουσιών όπως εξωτικά κράματα και κεραμικά.
Τα κράματα που προορίζονται για χρήση στο Wankel περιλαμβάνουν τα A-132, Inconel 625 και 356 με σκληρότητα T6. Πολλά υλικά υψηλής αντοχής χρησιμοποιούνται για την κάλυψη της επιφάνειας εργασίας του περιβλήματος. Για τον άξονα, προτιμώνται κράματα χάλυβα με χαμηλή παραμόρφωση υπό φορτίο, για το σκοπό αυτό έχει προταθεί η χρήση ογκώδους χάλυβα.
Πλεονεκτήματα κινητήρα
Τα κύρια πλεονεκτήματα του Wankel RPD είναι:
- Υψηλότερη αναλογία ισχύος προς βάρος από τον εμβολοφόρο κινητήρα.
- Πιο εύκολο να χωρέσει σε μικρούς χώρους μηχανών από ισοδύναμο μηχανισμό πρόωσης.
- Χωρίς εξαρτήματα εμβόλου.
- Δυνατότητα επίτευξης υψηλότερων στροφών από έναν συμβατικό κινητήρα.
- Λειτουργία ουσιαστικά χωρίς κραδασμούς.
- Δεν υπόκειται σε ηλεκτροπληξία.
- Φθηνότερο στην κατασκευή γιατί ο κινητήρας περιέχει λιγότερα εξαρτήματα
- Μεγάλο εύρος ταχύτητας για μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα.
- Μπορεί να χρησιμοποιεί καύσιμο υψηλότερου οκτανίου.
Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης Wankel είναι σημαντικά ελαφρύτεροι και απλούστεροι, με πολύ λιγότερα κινούμενα μέρη από τους κινητήρες με έμβολο ισοδύναμης ισχύος εξόδου. Επειδή ο ρότορας κινείται απευθείας σε ένα μεγάλο ρουλεμάν στον άξονα εξόδου, δεν υπάρχουν μπιέλες ή στροφαλοφόρος άξονας. Η εξάλειψη των παλινδρομικών δυνάμεων και των πιο βαριά φορτισμένων και κατεστραμμένων εξαρτημάτων εξασφαλίζει υψηλή αξιοπιστία του Wankel.
Εκτός από την αφαίρεση των εσωτερικών παλινδρομικών τάσεων και την πλήρη αφαίρεση των παλινδρομικών εσωτερικών μερών που περιλαμβάνονται στον εμβολοφόρο κινητήρα, ο κινητήρας Wankel έχει σχεδιαστεί με σιδερένιο ρότορα σε περίβλημα αλουμινίου, ο οποίος έχει υψηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής. Αυτό διασφαλίζει ότι ακόμη και μια πολύ υπερθερμανθείσα μονάδα Wankel δεν μπορεί να «αποσπάσει», όπως μπορεί να συμβεί σε μια παρόμοια συσκευή εμβόλου. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα ασφάλειας για χρήση σε αεροσκάφη. Επιπλέον, η απουσία βαλβίδων αυξάνει την ασφάλεια.
Ένα επιπλέον πλεονέκτημα των σ.α.λ. Wankel για χρήση αεροσκαφών είναι ότι έχουν συνήθως μικρότερη μετωπική περιοχή από τις αντίστοιχες μονάδες εμβόλου ισχύος, επιτρέποντας έναν πιο αεροδυναμικό κώνο γύρω από τον κινητήρα. Το κλιμακωτό πλεονέκτημα είναι ότι το μικρότερο μέγεθος και το βάρος του κινητήρα εσωτερικής καύσης Wankel επιτρέπει εξοικονόμηση κόστους κατασκευής αεροσκαφών σε σύγκριση με κινητήρες εμβόλου συγκρίσιμης ισχύος.
Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης με περιστροφικό έμβολο Wankel, που λειτουργούν σύμφωνα με τις αρχικές παραμέτρους σχεδιασμού τους, σχεδόν δεν υπόκεινται σε καταστροφικές βλάβες. Ένα Wankel RPM που χάνει τη συμπίεση ή την ψύξη ή την πίεση λαδιού θα χάσει μεγάλη ποσότητα, αλλά θα συνεχίσει να παράγει κάποια ισχύ, επιτρέποντας ασφαλέστερες προσγειώσεις όταν χρησιμοποιείται σε αεροσκάφη. Οι συσκευές εμβόλου υπό τις ίδιες συνθήκες είναι επιρρεπείς σε δεσμευμένα ή καταστραφέντα εξαρτήματα, τα οποία σχεδόν σίγουρα θα έχουν ως αποτέλεσμα καταστροφική βλάβη του κινητήρα και στιγμιαία απώλεια όλης της ισχύος.
Για το λόγο αυτό, οι κινητήρες με περιστροφικό έμβολο Wankel είναι πολύ κατάλληλοι για οχήματα χιονιού, τα οποία χρησιμοποιούνται συχνά σε απομακρυσμένες τοποθεσίες όπου η βλάβη του κινητήρα θα μπορούσε να οδηγήσει σε κρυοπαγήματα ή θάνατο, και για αεροσκάφη, όπου μια ξαφνική βλάβη θα μπορούσε να οδηγήσει σε σύγκρουση ή αναγκαστική προσγείωση σε απομακρυσμένη τοποθεσία.
Σχεδιαστικά ελαττώματα
Αν και πολλές από τις ελλείψεις αποτελούν αντικείμενο συνεχιζόμενης έρευνας, οι τρέχουσες ελλείψεις της συσκευής Wankel στην παραγωγή είναι οι εξής:
- Στεγανοποιητικό ρότορα. Αυτό εξακολουθεί να είναι ένα δευτερεύον ζήτημα, καθώς το περίβλημα του κινητήρα έχει πολύ διαφορετικές θερμοκρασίες σε κάθε μεμονωμένο τμήμα του θαλάμου. Οι διαφορετικοί συντελεστές διαστολής των υλικών οδηγούν σε ατελή στεγανοποίηση. Επιπλέον, και οι δύο πλευρές των στεγανοποιήσεων είναι εκτεθειμένες σε καύσιμα και ο σχεδιασμός δεν επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της λίπανσης του ρότορα. Οι περιστροφικές μονάδες λιπαίνονται τυπικά σε όλες τις στροφές και τα φορτία του κινητήρα και έχουν σχετικά υψηλή κατανάλωση λαδιού και άλλα προβλήματα που προκύπτουν από την υπερβολική λίπανση στις ζώνες καύσης του κινητήρα, όπως ο σχηματισμός άνθρακα και οι υπερβολικές εκπομπές από την καύση λαδιού.
- Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα των διαφορών θερμοκρασίας μεταξύ διαφορετικών περιοχών του περιβλήματος και των πλαϊνών και ενδιάμεσων πλακών, καθώς και των σχετικών διαστολών θερμοκρασίας μη ισορροπίας, χρησιμοποιείται ένας σωλήνας θερμότητας για τη μεταφορά θερμαινόμενου αερίου από το ζεστό στο κρύο μέρος του κινητήρα. Οι σωλήνες θερμότητας κατευθύνουν αποτελεσματικά τα καυτά καυσαέρια σε ψυχρότερα μέρη του κινητήρα, με αποτέλεσμα μειωμένη απόδοση και απόδοση.
- Αργή καύση. Η καύση του καυσίμου γίνεται αργά επειδή ο θάλαμος καύσης είναι μακρύς, λεπτός και κινείται. Η κίνηση της φλόγας συμβαίνει σχεδόν αποκλειστικά προς την κατεύθυνση της κίνησης του ρότορα και καταλήγει στην κατάσβεση, η οποία είναι η κύρια πηγή άκαυτων υδρογονανθράκων σε υψηλές ταχύτητες. Η πίσω πλευρά του θαλάμου καύσης δημιουργεί φυσικά μια «ροή πίεσης» που εμποδίζει τη φλόγα να φτάσει στο πίσω άκρο του θαλάμου. Η έγχυση καυσίμου στο μπροστινό άκρο του θαλάμου καύσης μπορεί να ελαχιστοποιήσει την ποσότητα του άκαυτου καυσίμου στα καυσαέρια.
- Κακή οικονομία καυσίμου. Αυτό οφείλεται σε διαρροές στεγανοποίησης και στο σχήμα του θαλάμου καύσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κακή καύση και μέση αποτελεσματική πίεση σε μερικό φορτίο, χαμηλή ταχύτητα. Οι κανονισμοί εκπομπών απαιτούν μερικές φορές μια αναλογία καυσίμου-αέρα που δεν ευνοεί την καλή οικονομία καυσίμου. Η επιτάχυνση και η επιβράδυνση υπό μέτριες συνθήκες οδήγησης επηρεάζουν επίσης την οικονομία καυσίμου. Ωστόσο, η λειτουργία του κινητήρα με σταθερή ταχύτητα και φορτίο εξαλείφει την υπερβολική κατανάλωση καυσίμου.
Έτσι, αυτός ο τύπος κινητήρα έχει τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματά του.
Ένας κινητήρας περιστροφικού εμβόλου ή κινητήρας Wankel είναι ένας κινητήρας όπου το κύριο στοιχείο εργασίας είναι η πλανητική κυκλική κίνηση. Αυτός είναι ένας ριζικά διαφορετικός τύπος κινητήρα, διαφορετικός από τους αντίστοιχους εμβόλου του στην οικογένεια κινητήρων εσωτερικής καύσης.
Ο σχεδιασμός μιας τέτοιας μονάδας χρησιμοποιεί έναν ρότορα (έμβολο) με τρεις όψεις, σχηματίζοντας εξωτερικά ένα τρίγωνο Reuleaux, το οποίο εκτελεί κυκλικές κινήσεις σε έναν κύλινδρο ειδικού προφίλ. Τις περισσότερες φορές, η επιφάνεια του κυλίνδρου κατασκευάζεται κατά μήκος ενός επιτροχοειδούς (μια επίπεδη καμπύλη που προκύπτει από ένα σημείο που συνδέεται άκαμπτα με έναν κύκλο που κινείται κατά μήκος της εξωτερικής πλευράς ενός άλλου κύκλου). Στην πράξη, μπορείτε να βρείτε έναν κύλινδρο και έναν ρότορα άλλων σχημάτων.
Εξαρτήματα και αρχή λειτουργίας
Η σχεδίαση του κινητήρα τύπου RPD είναι εξαιρετικά απλή και συμπαγής. Ένας ρότορας είναι εγκατεστημένος στον άξονα της μονάδας, ο οποίος είναι σταθερά συνδεδεμένος με το γρανάζι. Ο τελευταίος εμπλέκεται με τον στάτορα. Ο ρότορας, ο οποίος έχει τρεις πλευρές, κινείται κατά μήκος ενός επιτροχοειδούς κυλινδρικού επιπέδου. Ως αποτέλεσμα, οι μεταβαλλόμενοι όγκοι των θαλάμων εργασίας του κυλίνδρου κόβονται χρησιμοποιώντας τρεις βαλβίδες. Οι πλάκες στεγανοποίησης (ακραίου και ακτινικού τύπου) πιέζονται στον κύλινδρο υπό την επίδραση αερίου και λόγω της δράσης κεντρομόλου δυνάμεων και ελατηρίων ταινίας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα 3 απομονωμένους θαλάμους διαφορετικών ογκομετρικών διαστάσεων. Εδώ εκτελούνται οι διαδικασίες συμπίεσης του εισερχόμενου μείγματος καυσίμου και αέρα, διαστολής αερίων, άσκησης πίεσης στην επιφάνεια εργασίας του ρότορα και καθαρισμού του θαλάμου καύσης των αερίων. Η κυκλική κίνηση του ρότορα μεταδίδεται στον έκκεντρο άξονα. Ο ίδιος ο άξονας βρίσκεται στα ρουλεμάν και μεταδίδει περιστροφική ροπή στους μηχανισμούς μετάδοσης. Σε αυτούς τους κινητήρες λειτουργούν ταυτόχρονα δύο μηχανικά ζεύγη. Το ένα, το οποίο αποτελείται από γρανάζια, ρυθμίζει την κίνηση του ίδιου του ρότορα. Το άλλο μετατρέπει την περιστροφική κίνηση του εμβόλου σε περιστροφική κίνηση του έκκεντρου άξονα.
Εξαρτήματα κινητήρα με περιστροφικό έμβολο
Αρχή λειτουργίας του κινητήρα Wankel
Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των κινητήρων που είναι εγκατεστημένοι σε αυτοκίνητα VAZ, μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα τεχνικά χαρακτηριστικά:
— 1.308 cm3 – όγκος εργασίας του θαλάμου RPD.
— 103 kW/6000 min-1 – ονομαστική ισχύς.
— Βάρος κινητήρα 130 kg.
— 125.000 km – διάρκεια ζωής κινητήρα πριν από την πρώτη του πλήρη επισκευή.
Σχηματισμός ανάμειξης
Θεωρητικά, χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι σχηματισμού μείγματος στο RPD: εξωτερικός και εσωτερικός, με βάση υγρά, στερεά και αέρια καύσιμα.
Όσον αφορά τα στερεά καύσιμα, αξίζει να σημειωθεί ότι αρχικά αεριοποιούνται σε γεννήτριες αερίου, καθώς οδηγούν σε αυξημένο σχηματισμό τέφρας στους κυλίνδρους. Ως εκ τούτου, τα αέρια και υγρά καύσιμα έχουν γίνει πιο διαδεδομένα στην πράξη.
Ο ίδιος ο μηχανισμός σχηματισμού μείγματος στους κινητήρες Wankel θα εξαρτηθεί από τον τύπο του καυσίμου που χρησιμοποιείται.
Όταν χρησιμοποιείτε αέριο καύσιμο, αναμιγνύεται με αέρα σε ειδικό διαμέρισμα στην είσοδο του κινητήρα. Το εύφλεκτο μείγμα εισέρχεται στους κυλίνδρους σε τελική μορφή.
Το μείγμα παρασκευάζεται από υγρό καύσιμο ως εξής:
- Ο αέρας αναμιγνύεται με υγρό καύσιμο πριν εισέλθει στους κυλίνδρους, όπου εισέρχεται το εύφλεκτο μείγμα.
- Το υγρό καύσιμο και ο αέρας εισέρχονται στους κυλίνδρους του κινητήρα χωριστά και αναμιγνύονται μέσα στον κύλινδρο. Το μείγμα εργασίας λαμβάνεται όταν έρχονται σε επαφή με υπολειμματικά αέρια.
Κατά συνέπεια, το μείγμα καυσίμου-αέρα μπορεί να παρασκευαστεί έξω από τους κυλίνδρους ή μέσα σε αυτούς. Αυτό οδηγεί στον διαχωρισμό των κινητήρων με εσωτερικό ή εξωτερικό σχηματισμό μείγματος.
Χαρακτηριστικά του RPD
Πλεονεκτήματα
Πλεονεκτήματα των κινητήρων με περιστροφικό έμβολο σε σύγκριση με τους τυπικούς βενζινοκινητήρες:
— Χαμηλά επίπεδα κραδασμών.
Στους κινητήρες τύπου RPD δεν υπάρχει μετατροπή της παλινδρομικής κίνησης σε περιστροφική κίνηση, η οποία επιτρέπει στη μονάδα να αντέχει σε υψηλές ταχύτητες με λιγότερους κραδασμούς.
— Καλά δυναμικά χαρακτηριστικά.
Χάρη στη σχεδίασή του, ένας τέτοιος κινητήρας εγκατεστημένος σε ένα αυτοκίνητο του επιτρέπει να επιταχύνει πάνω από 100 km/h σε υψηλές ταχύτητες χωρίς υπερβολικό φορτίο.
— Καλοί ειδικοί δείκτες ισχύος με χαμηλό βάρος.
Λόγω της απουσίας στροφαλοφόρου άξονα και μπιέλας στη σχεδίαση του κινητήρα, επιτυγχάνεται μια μικρή μάζα κινούμενων μερών στο RPD.
— Σε κινητήρες αυτού του τύπου δεν υπάρχει πρακτικά σύστημα λίπανσης.
Το λάδι προστίθεται απευθείας στο καύσιμο. Το ίδιο το μείγμα καυσίμου-αέρα λιπαίνει τα ζεύγη τριβής.
— Ο κινητήρας τύπου περιστροφικού εμβόλου έχει μικρές συνολικές διαστάσεις.
Ο εγκατεστημένος κινητήρας περιστροφικού εμβόλου σάς επιτρέπει να αξιοποιήσετε στο μέγιστο τον ωφέλιμο χώρο του χώρου του κινητήρα του αυτοκινήτου, να κατανείμετε ομοιόμορφα το φορτίο στους άξονες του οχήματος και να υπολογίσετε καλύτερα τη θέση των στοιχείων και εξαρτημάτων του κιβωτίου ταχυτήτων. Για παράδειγμα, ένας τετράχρονος κινητήρας ίδιας ισχύος θα έχει διπλάσιο μέγεθος από έναν περιστροφικό κινητήρα.
Μειονεκτήματα του κινητήρα Wankel
— Ποιότητα λαδιού κινητήρα.
Κατά τη λειτουργία αυτού του τύπου κινητήρα, είναι απαραίτητο να δίνεται η δέουσα προσοχή στην ποιοτική σύνθεση του λαδιού που χρησιμοποιείται στους κινητήρες Wankel. Ο ρότορας και ο θάλαμος του κινητήρα που βρίσκονται στο εσωτερικό έχουν μια μεγάλη περιοχή επαφής, επομένως, η φθορά του κινητήρα συμβαίνει πιο γρήγορα και ένας τέτοιος κινητήρας υπερθερμαίνεται συνεχώς. Οι ακανόνιστες αλλαγές λαδιών προκαλούν τεράστιες ζημιές στον κινητήρα. Η φθορά του κινητήρα αυξάνεται σημαντικά λόγω της παρουσίας λειαντικών σωματιδίων στο χρησιμοποιημένο λάδι.
— Ποιότητα μπουζί.
Οι χειριστές τέτοιων κινητήρων πρέπει να είναι ιδιαίτερα απαιτητικοί όσον αφορά την ποιότητα των μπουζί. Στον θάλαμο καύσης, λόγω του μικρού όγκου, του εκτεταμένου σχήματος και της υψηλής θερμοκρασίας, η διαδικασία ανάφλεξης του μείγματος είναι δύσκολη. Η συνέπεια είναι η αυξημένη θερμοκρασία λειτουργίας και η περιοδική έκρηξη του θαλάμου καύσης.
— Υλικά στεγανοποιητικών στοιχείων.
Ένα σημαντικό μειονέκτημα του κινητήρα τύπου RPD είναι η αναξιόπιστη οργάνωση των στεγανοποιήσεων μεταξύ των χώρων μεταξύ του θαλάμου όπου καίγεται το καύσιμο και του ρότορα. Η δομή του ρότορα ενός τέτοιου κινητήρα είναι αρκετά περίπλοκη, επομένως απαιτούνται στεγανοποιήσεις τόσο στις άκρες του ρότορα όσο και στην πλευρική επιφάνεια που έρχεται σε επαφή με τα καλύμματα του κινητήρα. Οι επιφάνειες που υπόκεινται σε τριβή πρέπει να λιπαίνονται συνεχώς, με αποτέλεσμα την αυξημένη κατανάλωση λαδιού. Η πρακτική δείχνει ότι ένας κινητήρας τύπου RPD μπορεί να καταναλώσει από 400 γραμμάρια έως 1 κιλό λάδι για κάθε 1000 km. Η περιβαλλοντική απόδοση του κινητήρα μειώνεται, αφού το καύσιμο καίγεται μαζί με το λάδι, με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα επιβλαβών ουσιών στο περιβάλλον.
Λόγω των αδυναμιών τους, τέτοιοι κινητήρες δεν χρησιμοποιούνται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία και στην κατασκευή μοτοσυκλετών. Αλλά οι συμπιεστές και οι αντλίες κατασκευάζονται με βάση το RPD. Οι μοντελιστές αεροσκαφών συχνά χρησιμοποιούν τέτοιους κινητήρες για να σχεδιάσουν τα μοντέλα τους. Λόγω των χαμηλών απαιτήσεων απόδοσης και αξιοπιστίας, οι σχεδιαστές δεν χρησιμοποιούν ένα σύνθετο σύστημα στεγανοποίησης σε τέτοιους κινητήρες, γεγονός που μειώνει σημαντικά το κόστος του. Η απλότητα του σχεδιασμού του επιτρέπει την εύκολη ενσωμάτωσή του σε μοντέλο αεροσκάφους.
Αποδοτικότητα σχεδίασης περιστροφικού εμβόλου
Παρά μια σειρά από ελλείψεις, μελέτες έχουν δείξει ότι η συνολική απόδοση του κινητήρα Wankel είναι αρκετά υψηλή σύμφωνα με τα σύγχρονα πρότυπα. Η τιμή του είναι 40 – 45%. Για σύγκριση, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης με έμβολο έχουν απόδοση 25%, ενώ οι σύγχρονοι turbodiesel έχουν απόδοση περίπου 40%. Η υψηλότερη απόδοση των κινητήρων ντίζελ με έμβολο είναι 50%. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες συνεχίζουν να εργάζονται για να βρουν αποθέματα για να αυξήσουν την απόδοση του κινητήρα.
Η τελική απόδοση του κινητήρα αποτελείται από τρία κύρια μέρη:
- Απόδοση καυσίμου (δείκτης που χαρακτηρίζει την ορθολογική χρήση καυσίμου στον κινητήρα).
Η έρευνα σε αυτόν τον τομέα δείχνει ότι μόνο το 75% των καυσίμων καίγεται πλήρως. Πιστεύεται ότι αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με διαχωρισμό των διαδικασιών καύσης και διαστολής των αερίων. Είναι απαραίτητο να προβλεφθεί η διάταξη ειδικών θαλάμων υπό βέλτιστες συνθήκες. Η καύση πρέπει να γίνεται σε κλειστό όγκο, με την επιφύλαξη αύξησης της θερμοκρασίας και της πίεσης, η διαδικασία διαστολής πρέπει να γίνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες.
- Μηχανική απόδοση (χαρακτηρίζει το έργο που είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό της ροπής του κύριου άξονα που μεταδίδεται στον καταναλωτή).
Περίπου το 10% της εργασίας του κινητήρα δαπανάται για την οδήγηση βοηθητικών εξαρτημάτων και μηχανισμών. Αυτό το ελάττωμα μπορεί να διορθωθεί κάνοντας αλλαγές στη σχεδίαση του κινητήρα: όταν το κύριο κινούμενο στοιχείο εργασίας δεν αγγίζει το ακίνητο σώμα. Πρέπει να υπάρχει ένας σταθερός βραχίονας ροπής σε όλη τη διαδρομή του κύριου στοιχείου εργασίας.
- Θερμική απόδοση (δείκτης που αντικατοπτρίζει την ποσότητα της θερμικής ενέργειας που παράγεται από την καύση του καυσίμου, που μετατρέπεται σε χρήσιμο έργο).
Στην πράξη, το 65% της παραγόμενης θερμικής ενέργειας διαφεύγει με τα καυσαέρια στο εξωτερικό περιβάλλον. Ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι είναι δυνατό να επιτευχθεί αύξηση της θερμικής απόδοσης στην περίπτωση που ο σχεδιασμός του κινητήρα θα επέτρεπε την καύση του καυσίμου σε έναν θερμικά μονωμένο θάλαμο, έτσι ώστε οι μέγιστες θερμοκρασίες να επιτυγχάνονται από την αρχή και σε στο τέλος αυτή η θερμοκρασία μειώνεται στις ελάχιστες τιμές με την ενεργοποίηση της φάσης ατμού.
Τρέχουσα κατάσταση του κινητήρα με περιστροφικό έμβολο
Σημαντικές τεχνικές δυσκολίες στάθηκαν εμπόδιο στη μαζική εφαρμογή του κινητήρα:
— ανάπτυξη διαδικασίας εργασίας υψηλής ποιότητας σε θάλαμο με δυσμενή σχήμα.
— εξασφάλιση της στεγανότητας της σφράγισης των όγκων εργασίας.
— σχεδιασμός και δημιουργία δομής τμημάτων αμαξώματος που θα εξυπηρετεί αξιόπιστα ολόκληρο τον κύκλο ζωής του κινητήρα χωρίς στρέβλωση σε περίπτωση ανομοιόμορφης θέρμανσης αυτών των μερών.
Ως αποτέλεσμα της τεράστιας εργασίας έρευνας και ανάπτυξης που έγινε, αυτές οι εταιρείες κατάφεραν να λύσουν σχεδόν όλα τα πιο περίπλοκα τεχνικά προβλήματα στον δρόμο για τη δημιουργία RPD και έφτασαν στο στάδιο της βιομηχανικής παραγωγής τους.
Το πρώτο αυτοκίνητο μαζικής παραγωγής NSU Spider με RPD άρχισε να παράγεται από την NSU Motorenwerke. Λόγω των συχνών επισκευών του κινητήρα λόγω των παραπάνω τεχνικών προβλημάτων στην πρώιμη ανάπτυξη του σχεδιασμού του κινητήρα Wankel, οι υποχρεώσεις εγγύησης της NSU οδήγησαν σε οικονομική κατάρρευση και χρεοκοπία και στη συνέχεια συγχώνευση με την Audi το 1969.
Μεταξύ 1964 και 1967, παρήχθησαν 2.375 αυτοκίνητα. Το 1967, το Spider σταμάτησε και αντικαταστάθηκε από το NSU Ro80 με έναν περιστροφικό κινητήρα δεύτερης γενιάς. Κατά τη διάρκεια των δέκα ετών παραγωγής του Ro80, παρήχθησαν 37.398 οχήματα.
Οι μηχανικοί της Mazda αντιμετώπισαν αυτά τα προβλήματα με μεγαλύτερη επιτυχία. Παραμένει ο μόνος μαζικός κατασκευαστής αυτοκινήτων με κινητήρες με περιστροφικό έμβολο. Ο τροποποιημένος κινητήρας έχει εγκατασταθεί σειριακά στο Mazda RX-7 από το 1978. Από το 2003, τη διαδοχή έχει αναλάβει το μοντέλο Mazda RX-8, το οποίο είναι αυτή τη στιγμή η μαζικής παραγωγής και μοναδική έκδοση του αυτοκινήτου με κινητήρα Wankel.
Ρωσικό RPD
Η πρώτη αναφορά ενός περιστροφικού κινητήρα στη Σοβιετική Ένωση χρονολογείται από τη δεκαετία του '60. Οι ερευνητικές εργασίες για τους κινητήρες με περιστροφικό έμβολο ξεκίνησαν το 1961, σύμφωνα με το αντίστοιχο διάταγμα του Υπουργείου Αυτοκινητοβιομηχανίας και του Υπουργείου Γεωργίας της ΕΣΣΔ. Η βιομηχανική έρευνα με περαιτέρω παραγωγή αυτού του σχεδίου ξεκίνησε το 1974 στη VAZ. Το Special Design Bureau of Rotary Piston Engines (SKB RPD) δημιουργήθηκε ειδικά για αυτό το σκοπό. Δεδομένου ότι δεν ήταν δυνατή η αγορά άδειας, η σειρά Wankel από την NSU Ro80 αποσυναρμολογήθηκε και αντιγράφηκε. Σε αυτή τη βάση, αναπτύχθηκε και συναρμολογήθηκε ο κινητήρας VAZ-311 και αυτό το σημαντικό γεγονός συνέβη το 1976. Η VAZ ανέπτυξε μια ολόκληρη σειρά κινητήρων RPD από 40 έως 200 ίππους. Η οριστικοποίηση του σχεδιασμού διήρκεσε σχεδόν έξι χρόνια. Ήταν δυνατό να λυθούν ορισμένα τεχνικά προβλήματα που σχετίζονται με την απόδοση των σφραγίδων αερίου και λαδιού, τα ρουλεμάν και να εντοπιστεί σφάλματα σε μια αποτελεσματική διαδικασία εργασίας σε έναν θάλαμο με δυσμενή σχήμα. Η VAZ παρουσίασε το πρώτο της αυτοκίνητο παραγωγής με περιστροφικό κινητήρα κάτω από το καπό στο κοινό το 1982, ήταν το VAZ-21018. Το αυτοκίνητο ήταν εξωτερικά και δομικά όπως όλα τα μοντέλα αυτής της σειράς, με μια εξαίρεση, δηλαδή, κάτω από την κουκούλα υπήρχε ένας περιστροφικός κινητήρας ενός τμήματος με ισχύ 70 ίππων. Η διάρκεια της ανάπτυξης δεν εμπόδισε να εμφανιστεί μια αμηχανία: και στις 50 πειραματικές μηχανές, σημειώθηκαν βλάβες του κινητήρα κατά τη λειτουργία, αναγκάζοντας το εργοστάσιο να εγκαταστήσει έναν συμβατικό εμβολοφόρο κινητήρα στη θέση του.
VAZ 21018 με κινητήρα περιστροφικού εμβόλου
Έχοντας διαπιστώσει ότι η αιτία των προβλημάτων ήταν οι κραδασμοί των μηχανισμών και η αναξιοπιστία των σφραγίδων, οι σχεδιαστές προσπάθησαν να σώσουν το έργο. Ήδη το 1983, εμφανίστηκαν δύο τμημάτων VAZ-411 και VAZ-413 (με ισχύ 120 και 140 ίππων, αντίστοιχα). Παρά τη χαμηλή απόδοση και τη μικρή διάρκεια ζωής, ο περιστροφικός κινητήρας βρήκε ακόμα ένα πεδίο εφαρμογής - η τροχαία, η KGB και το Υπουργείο Εσωτερικών απαιτούσαν ισχυρά και δυσδιάκριτα μηχανήματα. Εξοπλισμένοι με περιστροφικούς κινητήρες, οι Zhiguli και Volga πρόλαβαν εύκολα τα ξένα αυτοκίνητα.
Από τη δεκαετία του '80 του 20ου αιώνα, η SKB έχει γοητευτεί από ένα νέο θέμα - τη χρήση περιστροφικών κινητήρων σε μια σχετική βιομηχανία - την αεροπορία. Η αποχώρηση από την κύρια βιομηχανία εφαρμογής των RPD οδήγησε στο γεγονός ότι ο περιστροφικός κινητήρας VAZ-414 για οχήματα με κίνηση στους μπροστινούς τροχούς δημιουργήθηκε μόλις το 1992 και χρειάστηκαν άλλα τρία χρόνια. Το 1995, το VAZ-415 υποβλήθηκε για πιστοποίηση. Σε αντίθεση με τους προκατόχους του, είναι καθολική και μπορεί να εγκατασταθεί κάτω από το καπό τόσο των πισωκίνητων (κλασικών και GAZ) όσο και των μπροστινών αυτοκινήτων (VAZ, Moskvich). Το Wankel δύο τμημάτων έχει κυβισμό 1308 cm 3 και αποδίδει ισχύ 135 ίππων. στις 6000 σ.α.λ. Επιταχύνει το "99" σε εκατοντάδες σε 9 δευτερόλεπτα.
Κινητήρας με περιστροφικό έμβολο VAZ-414
Αυτή τη στιγμή, το έργο ανάπτυξης και υλοποίησης εγχώριου RPD έχει παγώσει.
Παρακάτω ακολουθεί ένα βίντεο με τον σχεδιασμό και τη λειτουργία του κινητήρα Wankel.
Με την εφεύρεση του κινητήρα εσωτερικής καύσης, η πρόοδος στην ανάπτυξη της αυτοκινητοβιομηχανίας έχει προχωρήσει πολύ μπροστά. Παρά το γεγονός ότι ο γενικός σχεδιασμός του κινητήρα εσωτερικής καύσης παρέμεινε ο ίδιος, αυτές οι μονάδες βελτιώνονταν συνεχώς. Μαζί με αυτούς τους κινητήρες, εμφανίστηκαν πιο προοδευτικές μονάδες περιστροφικού τύπου. Γιατί όμως δεν έγιναν ποτέ ευρέως διαδεδομένα στον κόσμο του αυτοκινήτου; Θα εξετάσουμε την απάντηση σε αυτήν την ερώτηση στο άρθρο.
Ιστορία της μονάδας
Ο περιστροφικός κινητήρας σχεδιάστηκε και δοκιμάστηκε από τους προγραμματιστές Felix Wankel και Walter Freude το 1957. Το πρώτο αυτοκίνητο στο οποίο εγκαταστάθηκε αυτή η μονάδα ήταν το σπορ αυτοκίνητο NSU Spider. Η έρευνα έδειξε ότι με ισχύ κινητήρα 57 ίππων, αυτό το αυτοκίνητο ήταν σε θέση να επιταχύνει στα 150 χιλιόμετρα την ώρα. Η παραγωγή των αυτοκινήτων Spider εξοπλισμένων με περιστροφικό κινητήρα 57 ίππων διήρκεσε περίπου 3 χρόνια.
Μετά από αυτό, το αυτοκίνητο NSU Ro-80 άρχισε να εξοπλίζεται με αυτόν τον τύπο κινητήρα. Στη συνέχεια, εγκαταστάθηκαν περιστροφικοί κινητήρες σε Citroens, Mercedes, VAZ και Chevrolet.
Ένα από τα πιο κοινά αυτοκίνητα με περιστροφικό κινητήρα είναι το ιαπωνικό σπορ μοντέλο Mazda Cosmo Sport. Οι Ιάπωνες άρχισαν επίσης να εξοπλίζουν το μοντέλο RX με αυτόν τον κινητήρα. Η αρχή λειτουργίας του περιστροφικού κινητήρα (Mazda RX) συνίστατο στη συνεχή περιστροφή του ρότορα με εναλλασσόμενους κύκλους λειτουργίας. Περισσότερα όμως για αυτό λίγο αργότερα.
Προς το παρόν, η ιαπωνική αυτοκινητοβιομηχανία δεν ασχολείται με τη σειριακή παραγωγή αυτοκινήτων με περιστροφικούς κινητήρες. Το τελευταίο μοντέλο στο οποίο εγκαταστάθηκε ένας τέτοιος κινητήρας ήταν η τροποποίηση Mazda RX8 του Spirit R. Ωστόσο, το 2012, η παραγωγή αυτής της έκδοσης του αυτοκινήτου σταμάτησε.
Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας
Ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός περιστροφικού κινητήρα; Αυτός ο τύπος κινητήρα έχει τετράχρονο κύκλο, ακριβώς όπως ένας κλασικός κινητήρας εσωτερικής καύσης. Ωστόσο, η αρχή λειτουργίας ενός κινητήρα με περιστροφικό έμβολο είναι ελαφρώς διαφορετική από αυτή ενός συμβατικού εμβολοφόρου κινητήρα.
Ποιο είναι το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του κινητήρα; Ο περιστροφικός κινητήρας Stirling έχει στη σχεδίασή του όχι 2, ούτε 4 ή 8 έμβολα, αλλά μόνο ένα. Ονομάζεται ρότορας. Αυτό το στοιχείο περιστρέφεται σε έναν ειδικά διαμορφωμένο κύλινδρο. Ο ρότορας είναι τοποθετημένος σε έναν άξονα και συνδέεται με ένα γρανάζι. Το τελευταίο έχει συμπλέκτη ταχυτήτων με τη μίζα. Το στοιχείο περιστρέφεται κατά μήκος μιας επιτροχοειδής καμπύλης. Δηλαδή, τα πτερύγια του ρότορα επικαλύπτουν εναλλάξ τον θάλαμο του κυλίνδρου. Στο τελευταίο, συμβαίνει καύση καυσίμου. Η αρχή λειτουργίας ενός περιστροφικού κινητήρα (συμπεριλαμβανομένου του Mazda Cosmo Sport) είναι ότι σε μια περιστροφή ο μηχανισμός σπρώχνει τρία πέταλα άκαμπτων κύκλων. Καθώς το εξάρτημα περιστρέφεται στο σώμα, τα τρία εσωτερικά διαμερίσματα αλλάζουν μέγεθος. Λόγω της αλλαγής του μεγέθους, δημιουργείται μια συγκεκριμένη πίεση στους θαλάμους.
Φάσεις εργασίας
Πώς λειτουργεί ένας περιστροφικός κινητήρας; Η αρχή λειτουργίας (εικόνες gif και διάγραμμα RPD που μπορείτε να δείτε παρακάτω) αυτού του κινητήρα είναι η εξής. Η λειτουργία του κινητήρα αποτελείται από τέσσερις επαναλαμβανόμενους κύκλους, και συγκεκριμένα:
- Παροχή καυσίμου.Αυτή είναι η πρώτη φάση λειτουργίας του κινητήρα. Εμφανίζεται τη στιγμή που η κορυφή του ρότορα βρίσκεται στο επίπεδο της οπής τροφοδοσίας. Όταν η κάμερα είναι ανοιχτή στην κύρια θήκη, ο όγκος της πλησιάζει το ελάχιστο. Μόλις ο ρότορας περιστραφεί δίπλα του, το μείγμα καυσίμου-αέρα εισέρχεται στο διαμέρισμα. Μετά από αυτό, η κάμερα κλείνει ξανά.
- Συμπίεση. Καθώς ο ρότορας συνεχίζει να κινείται, ο χώρος στο διαμέρισμα μειώνεται. Έτσι, το μείγμα αέρα και καυσίμου συμπιέζεται. Μόλις ο μηχανισμός περάσει το διαμέρισμα με τα μπουζί, ο όγκος του θαλάμου μειώνεται ξανά. Αυτή τη στιγμή το μείγμα αναφλέγεται.
- Ανάφλεξη. Συχνά ένας περιστροφικός κινητήρας (συμπεριλαμβανομένου του VAZ-21018) έχει πολλά μπουζί. Αυτό οφείλεται στο μεγάλο μήκος του θαλάμου καύσης. Μόλις το κερί ανάψει το εύφλεκτο μείγμα, το επίπεδο πίεσης στο εσωτερικό αυξάνεται δεκάδες φορές. Έτσι, ο ρότορας κινείται ξανά. Επιπλέον, η πίεση στον θάλαμο και η ποσότητα των αερίων συνεχίζουν να αυξάνονται. Αυτή τη στιγμή, ο ρότορας κινείται και δημιουργείται ροπή. Αυτό συνεχίζεται μέχρι ο μηχανισμός να περάσει από το διαμέρισμα της εξάτμισης.
- Απελευθέρωση αερίων.Όταν ο ρότορας περνά από αυτό το διαμέρισμα, το αέριο υψηλής πίεσης αρχίζει να κινείται ελεύθερα στον σωλήνα εξάτμισης. Σε αυτή την περίπτωση, η κίνηση του μηχανισμού δεν σταματά. Ο ρότορας περιστρέφεται σταθερά έως ότου ο όγκος του θαλάμου καύσης πέσει ξανά στο ελάχιστο. Μέχρι αυτή τη στιγμή, η υπόλοιπη ποσότητα καυσαερίων θα συμπιεστεί έξω από τον κινητήρα.
Αυτή ακριβώς είναι η αρχή λειτουργίας ενός περιστροφικού κινητήρα. Το VAZ-2108, στο οποίο ήταν επίσης τοποθετημένο το RPD, όπως το ιαπωνικό Mazda, διακρίθηκε από την αθόρυβη λειτουργία του κινητήρα και τα υψηλά δυναμικά χαρακτηριστικά. Αλλά αυτή η τροποποίηση δεν τέθηκε ποτέ σε μαζική παραγωγή. Έτσι, ανακαλύψαμε ποια είναι η αρχή λειτουργίας ενός περιστροφικού κινητήρα.
Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα
Δεν είναι τυχαίο ότι αυτός ο κινητήρας έχει προσελκύσει την προσοχή τόσων πολλών αυτοκινητοβιομηχανιών. Η ειδική αρχή λειτουργίας και ο σχεδιασμός του έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα σε σύγκριση με άλλους τύπους κινητήρων εσωτερικής καύσης.
Λοιπόν, ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα ενός περιστροφικού κινητήρα; Ας ξεκινήσουμε με τα προφανή πλεονεκτήματα. Πρώτον, ο περιστροφικός κινητήρας έχει την πιο ισορροπημένη σχεδίαση και επομένως πρακτικά δεν προκαλεί υψηλούς κραδασμούς κατά τη λειτουργία. Δεύτερον, αυτός ο κινητήρας είναι ελαφρύτερος και πιο συμπαγής και επομένως η εγκατάστασή του είναι ιδιαίτερα σημαντική για τους κατασκευαστές σπορ αυτοκινήτων. Επιπλέον, το μικρό βάρος της μονάδας επέτρεψε στους σχεδιαστές να επιτύχουν ιδανική κατανομή βάρους των φορτίων κατά μήκος των αξόνων. Έτσι, ένα αυτοκίνητο με αυτόν τον κινητήρα έγινε πιο σταθερό και ευέλικτο στο δρόμο.
Και, φυσικά, η ευρυχωρία του σχεδιασμού. Παρά τον ίδιο αριθμό διαδρομών, ο σχεδιασμός αυτού του κινητήρα είναι πολύ απλούστερος από αυτόν του αντίστοιχου εμβόλου. Για τη δημιουργία ενός περιστροφικού κινητήρα, απαιτούνταν ένας ελάχιστος αριθμός εξαρτημάτων και μηχανισμών.
Ωστόσο, το βασικό πλεονέκτημα αυτού του κινητήρα δεν είναι η μάζα και οι χαμηλοί κραδασμοί του, αλλά η υψηλή του απόδοση. Χάρη στην ειδική αρχή λειτουργίας, ο περιστροφικός κινητήρας είχε μεγαλύτερη ισχύ και απόδοση.
Τώρα για τα μειονεκτήματα. Υπήρχαν πολλά περισσότερα από πλεονεκτήματα. Ο κύριος λόγος για τον οποίο οι κατασκευαστές αρνήθηκαν να αγοράσουν τέτοιους κινητήρες ήταν η υψηλή κατανάλωση καυσίμου. Κατά μέσο όρο, μια τέτοια μονάδα ξόδεψε έως και 20 λίτρα καυσίμου ανά εκατό χιλιόμετρα, και αυτό, βλέπετε, είναι ένα σημαντικό κόστος για τα σημερινά πρότυπα.
Δυσκολία στην παραγωγή ανταλλακτικών
Επιπλέον, αξίζει να σημειωθεί το υψηλό κόστος παραγωγής εξαρτημάτων για αυτόν τον κινητήρα, το οποίο εξηγήθηκε από την πολυπλοκότητα της κατασκευής του ρότορα. Για να περάσει σωστά αυτός ο μηχανισμός την επιτροχοειδή καμπύλη, χρειάζεται υψηλή γεωμετρική ακρίβεια (συμπεριλαμβανομένου του κυλίνδρου). Επομένως, στην κατασκευή περιστροφικών κινητήρων είναι αδύνατο να γίνει χωρίς εξειδικευμένο ακριβό εξοπλισμό και ειδικές γνώσεις στον τεχνικό τομέα. Κατά συνέπεια, όλα αυτά τα έξοδα περιλαμβάνονται στην τιμή του αυτοκινήτου εκ των προτέρων.
Υπερθέρμανση και υψηλά φορτία
Επίσης, λόγω του ειδικού σχεδιασμού, αυτή η μονάδα συχνά υπόκειται σε υπερθέρμανση. Το όλο πρόβλημα ήταν το σχήμα του θαλάμου καύσης σε σχήμα φακού.
Αντίθετα, οι κλασικοί κινητήρες εσωτερικής καύσης έχουν σχεδιασμό σφαιρικού θαλάμου. Το καύσιμο που καίγεται στον μηχανισμό σε σχήμα φακού μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, η οποία δαπανάται όχι μόνο στη διαδρομή εργασίας, αλλά και στη θέρμανση του ίδιου του κυλίνδρου. Τελικά, το συχνό «βράσιμο» της μονάδας οδηγεί σε γρήγορη φθορά και αστοχία.
Πόρος
Δεν είναι μόνο ο κύλινδρος που αντέχει μεγάλα φορτία. Μελέτες έχουν δείξει ότι κατά τη λειτουργία του ρότορα, σημαντικό μέρος του φορτίου πέφτει στις στεγανοποιήσεις που βρίσκονται ανάμεσα στα ακροφύσια των μηχανισμών. Υπόκεινται σε σταθερή διαφορά πίεσης, επομένως η μέγιστη διάρκεια ζωής του κινητήρα δεν υπερβαίνει τα 100-150 χιλιάδες χιλιόμετρα.
Μετά από αυτό, ο κινητήρας απαιτεί σημαντικές επισκευές, το κόστος των οποίων μερικές φορές ισοδυναμεί με την αγορά μιας νέας μονάδας.
Κατανάλωση λαδιού
Επίσης, ο περιστροφικός κινητήρας είναι πολύ απαιτητικός στη συντήρηση.
Η κατανάλωση λαδιού του είναι πάνω από 500 χιλιοστόλιτρα ανά 1.000 χιλιόμετρα, κάτι που σε αναγκάζει να γεμίζεις υγρό κάθε 4-5 χιλιάδες χιλιόμετρα. Εάν δεν το αντικαταστήσετε εγκαίρως, ο κινητήρας απλώς θα αποτύχει. Δηλαδή, το θέμα της συντήρησης ενός περιστροφικού κινητήρα πρέπει να προσεγγιστεί πιο υπεύθυνα, διαφορετικά το παραμικρό λάθος μπορεί να οδηγήσει σε δαπανηρές επισκευές της μονάδας.
ποικιλίες
Προς το παρόν, υπάρχουν πέντε ποικιλίες αυτών των τύπων μονάδων:
Περιστροφικός κινητήρας (VAZ-21018-2108)
Η ιστορία της δημιουργίας περιστροφικών κινητήρων εσωτερικής καύσης VAZ χρονολογείται από το 1974. Τότε δημιουργήθηκε το πρώτο γραφείο σχεδιασμού RPD. Ωστόσο, ο πρώτος κινητήρας που αναπτύχθηκε από τους μηχανικούς μας είχε παρόμοια σχεδίαση με τον κινητήρα Wankel, ο οποίος ήταν εξοπλισμένος με εισαγόμενα σεντάν NSU Ro80. Το σοβιετικό ανάλογο ονομαζόταν VAZ-311. Αυτός είναι ο πρώτος σοβιετικός περιστροφικός κινητήρας. Η αρχή λειτουργίας αυτού του κινητήρα σε αυτοκίνητα VAZ έχει τον ίδιο αλγόριθμο λειτουργίας του Wankel RPD.
Το πρώτο αυτοκίνητο στο οποίο άρχισαν να εγκαθίστανται αυτοί οι κινητήρες ήταν η τροποποίηση VAZ 21018. Το αυτοκίνητο πρακτικά δεν διέφερε από τον «πρόγονό» του - το μοντέλο 2101 - με εξαίρεση τον κινητήρα εσωτερικής καύσης που χρησιμοποιήθηκε. Κάτω από το καπό του νέου προϊόντος υπήρχε ένα RPD μονού τμήματος με χωρητικότητα 70 ίππων. Ωστόσο, ως αποτέλεσμα της έρευνας και στα 50 δείγματα μοντέλων, ανακαλύφθηκαν πολυάριθμες βλάβες του κινητήρα, οι οποίες ανάγκασαν το εργοστάσιο Volzhsky να εγκαταλείψει τη χρήση αυτού του τύπου κινητήρα εσωτερικής καύσης στα αυτοκίνητά του για τα επόμενα χρόνια.
Ο κύριος λόγος για τις δυσλειτουργίες του εγχώριου RPD ήταν αναξιόπιστες σφραγίδες. Ωστόσο, οι Σοβιετικοί σχεδιαστές αποφάσισαν να σώσουν αυτό το έργο παρουσιάζοντας στον κόσμο έναν νέο περιστροφικό κινητήρα 2 τμημάτων VAZ-411. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μάρκας VAZ-413. Οι κύριες διαφορές τους ήταν στην εξουσία. Το πρώτο αντίγραφο ανέπτυξε έως και 120 ίππους, το δεύτερο - περίπου 140. Ωστόσο, αυτές οι μονάδες δεν συμπεριλήφθηκαν και πάλι στη σειρά. Το εργοστάσιο αποφάσισε να τα εγκαταστήσει μόνο σε επίσημα οχήματα που χρησιμοποιούνται από την τροχαία και την KGB.
Κινητήρες για την αεροπορία, "οκτώ" και "εννιά"
Τα επόμενα χρόνια, οι προγραμματιστές προσπάθησαν να δημιουργήσουν έναν περιστροφικό κινητήρα για εγχώρια μικρά αεροσκάφη, αλλά όλες οι προσπάθειες ήταν ανεπιτυχείς. Ως αποτέλεσμα, οι σχεδιαστές άρχισαν και πάλι να αναπτύσσουν κινητήρες για επιβατικά (τώρα προσθιοκίνητα) αυτοκίνητα VAZ της σειράς 8 και 9 Σε αντίθεση με τους προκατόχους τους, οι νέοι κινητήρες VAZ-414 και 415 ήταν καθολικοί και μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο πίσω μέρος. μοντέλα αυτοκινήτων με κίνηση στους τροχούς όπως το Volga και το Moskvich και ούτω καθεξής.
Χαρακτηριστικά του RPD VAZ-414
Αυτός ο κινητήρας εμφανίστηκε για πρώτη φορά στα "εννιά" μόνο το 1992. Σε σύγκριση με τους «προγόνους» του, αυτός ο κινητήρας είχε τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- Υψηλή ειδική ισχύς, που επέτρεψε στο αυτοκίνητο να φτάσει τα «εκατό» σε μόλις 8-9 δευτερόλεπτα.
- Υψηλής απόδοσης. Από ένα λίτρο καμένου καυσίμου ήταν δυνατή η απόκτηση έως και 110 ίππων (και αυτό χωρίς καμία ώθηση ή πρόσθετη διάνοιξη του μπλοκ κυλίνδρων).
- Υψηλές δυνατότητες για εξαναγκασμό. Με τον κατάλληλο συντονισμό, ήταν δυνατό να αυξηθεί η ισχύς του κινητήρα κατά αρκετές δεκάδες ίππους.
- Κινητήρας υψηλής ταχύτητας. Ένας τέτοιος κινητήρας ήταν ικανός να λειτουργεί ακόμη και στις 10.000 σ.α.λ. Κάτω από τέτοια φορτία, μόνο ένας περιστροφικός κινητήρας μπορούσε να λειτουργήσει. Η αρχή λειτουργίας των κλασικών κινητήρων εσωτερικής καύσης δεν τους επιτρέπει να λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε υψηλές ταχύτητες.
- Σχετικά χαμηλή κατανάλωση καυσίμου. Εάν τα προηγούμενα αντίγραφα "έτρωγαν" περίπου 18-20 λίτρα καυσίμου ανά "εκατό", τότε αυτή η μονάδα κατανάλωσε μόνο 14-15 σε μέση λειτουργία.
Τρέχουσα κατάσταση με το RPD στο εργοστάσιο αυτοκινήτων Volzhsky
Όλοι οι κινητήρες που περιγράφονται παραπάνω δεν κέρδισαν μεγάλη δημοτικότητα και η παραγωγή τους σύντομα διακόπηκε. Στο μέλλον, το εργοστάσιο αυτοκινήτων Volzhsky δεν σχεδιάζει ακόμη να αναβιώσει την ανάπτυξη περιστροφικών κινητήρων. Έτσι το VAZ-414 RPD θα παραμείνει ένα τσαλακωμένο κομμάτι χαρτί στην ιστορία της εγχώριας μηχανολογίας.
Έτσι, ανακαλύψαμε ποια είναι η αρχή λειτουργίας και ο σχεδιασμός του περιστροφικού κινητήρα.
Μια μηχανή εσωτερικής καύσης είναι μια θερμική μηχανή στην οποία η χημική ενέργεια του καυσίμου που καίγεται στην κοιλότητα εργασίας μετατρέπεται σε μηχανικό έργο.
Ανάλογα με τον τύπο του καυσίμου, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης χωρίζονται σε κινητήρες:
υγρό καύσιμο?
αέριο.
Σύμφωνα με τη μέθοδο πλήρωσης του κυλίνδρου με φρέσκο φορτίο:
τετράχρονο?
δίχρονος.
Σύμφωνα με τη μέθοδο παρασκευής ενός εύφλεκτου μείγματος καυσίμου και αέρα, κινητήρες με:
σχηματισμός εξωτερικού μείγματος.
εσωτερικός σχηματισμός μίγματος.
Οι κινητήρες με εξωτερικό σχηματισμό μίγματος περιλαμβάνουν κινητήρες με καρμπυρατέρ, στους οποίους σχηματίζεται ένα εύφλεκτο μείγμα υγρού καυσίμου και αέρα στο καρμπυρατέρ, και κινητήρες ανάμιξης αερίου, στις οποίες σχηματίζεται ένα εύφλεκτο μείγμα αερίου και αέρα σε έναν αναμικτήρα.
Σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης με εξωτερικό σχηματισμό μίγματος, η ανάφλεξη του μίγματος εργασίας στον κύλινδρο πραγματοποιείται από έναν ηλεκτρικό σπινθήρα.
Σε κινητήρες με εσωτερικό σχηματισμό μίγματος (ντίζελ), το καύσιμο αναφλέγεται αυθόρμητα όταν εγχέεται σε πεπιεσμένο αέρα που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία.
Ο κύκλος εργασίας ενός τετράχρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης με καρμπυρατέρ ολοκληρώνεται σε 4 διαδρομές εμβόλου (διαδρομή), δηλαδή σε 2 στροφές του στροφαλοφόρου άξονα.
Κατά την 1η διαδρομή - εισαγωγή - το έμβολο κινείται από το πάνω νεκρό σημείο (TDC) στο κάτω νεκρό σημείο (BDC). Η βαλβίδα εισαγωγής είναι ανοιχτή και το εύφλεκτο μείγμα από το καρμπυρατέρ εισέρχεται στον κύλινδρο.
Κατά τη 2η διαδρομή - συμπίεση - όταν το έμβολο κινείται από το Ν. m. m.t., οι βαλβίδες εισόδου και εξόδου είναι κλειστές και το μείγμα συμπιέζεται σε πίεση 0,8-2 MN/m2 (8-20 kgf/cm2). Η θερμοκρασία του μείγματος στο τέλος της συμπίεσης είναι 200-400°C. Στο τέλος της συμπίεσης, το μείγμα αναφλέγεται από έναν ηλεκτρικό σπινθήρα και συμβαίνει καύση καυσίμου. Η καύση λαμβάνει χώρα όταν η θέση του εμβόλου είναι κοντά στο c. m.t Στο τέλος της καύσης, η πίεση στον κύλινδρο είναι 3-6 Mn/m2 (30-60 kgf/1cm2), και η θερμοκρασία είναι 1600-2200°C.
Η 3η διαδρομή του κύκλου - επέκταση - ονομάζεται ισχύς. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδρομής, η θερμότητα που λαμβάνεται από την καύση του καυσίμου μετατρέπεται σε μηχανικό έργο.
4η διαδρομή - απελευθέρωση - συμβαίνει όταν το έμβολο κινείται από το κάτω μέρος. m. m.t με τη βαλβίδα εξόδου ανοιχτή. Τα καυσαέρια εκτοπίζονται από το έμβολο.
Ο κύκλος εργασίας ενός 2χρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης με καρμπυρατέρ εκτελείται με 2 διαδρομές εμβόλου ή 1 περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Οι διαδικασίες συμπίεσης, καύσης και διαστολής είναι σχεδόν πανομοιότυπες με τις αντίστοιχες διαδικασίες ενός 4χρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης. Όλα τα άλλα είναι ίσα, ένας δίχρονος κινητήρας θα πρέπει να είναι 2 φορές πιο ισχυρός από έναν τετράχρονο κινητήρα, καθώς η ισχύς σε έναν δίχρονο κινητήρα συμβαίνει 2 φορές πιο συχνά, ωστόσο, στην πράξη, η ισχύς ενός 2χρονου κινητήρα -Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης του καρμπυρατέρ συχνά όχι μόνο δεν υπερβαίνει την ισχύ ενός 4χρονου με την ίδια διάμετρο κυλίνδρου και διαδρομή εμβόλου, αλλά αποδεικνύεται ακόμη χαμηλότερος.
Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το έμβολο κάνει ένα σημαντικό μέρος της διαδρομής του (20-35%) με τα παράθυρα ανοιχτά, όταν η πίεση στον κύλινδρο είναι χαμηλή και ο κινητήρας δεν παράγει σχεδόν καθόλου εργασία. Ο καθαρισμός του κυλίνδρου απαιτεί ισχύ για τη συμπίεση του αέρα στην αντλία εξαέρωσης. Ο καθαρισμός του χώρου των κυλίνδρων από προϊόντα καύσης αερίου και η πλήρωσή του με φρέσκο φορτίο είναι πολύ χειρότερος από ό,τι σε έναν τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης.
Ο κύκλος λειτουργίας ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με καρμπυρατέρ μπορεί να πραγματοποιηθεί σε πολύ υψηλή ταχύτητα άξονα (3000-7000 rpm). Οι κινητήρες αγωνιστικών αυτοκινήτων και μοτοσυκλετών μπορούν να φτάσουν τις 15.000 σ.α.λ. ή περισσότερες.
Ένα κανονικό εύφλεκτο μείγμα αποτελείται από περίπου 15 μέρη αέρα (κατά βάρος) και 1 μέρος ατμού βενζίνης. Ο κινητήρας μπορεί να λειτουργεί άπαχο (18:1) ή πλούσιο (12:1). Ένα μείγμα που είναι πολύ πλούσιο ή πολύ άπαχο προκαλεί σημαντική μείωση του ρυθμού καύσης και δεν μπορεί να εξασφαλίσει την κανονική διαδικασία καύσης.
Η ισχύς ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με καρμπυρατέρ ελέγχεται αλλάζοντας την ποσότητα του μείγματος που παρέχεται στον κύλινδρο (ποσοτική ρύθμιση). Η υψηλή ταχύτητα περιστροφής και οι ευνοϊκές αναλογίες καυσίμου και αέρα στο μείγμα παρέχουν υψηλή ισχύ ανά μονάδα όγκου ενός κυλίνδρου κινητήρα καρμπυρατέρ, επομένως αυτοί οι κινητήρες έχουν σχετικά μικρές διαστάσεις και βάρος [1-4 kg/kW (0,75-3 kg/hp). )].
Η χρήση χαμηλών αναλογιών συμπίεσης έχει ως αποτέλεσμα μέτριες πιέσεις στο τέλος της καύσης, ως αποτέλεσμα των οποίων τα μέρη μπορούν να γίνουν λιγότερο μαζικά από, για παράδειγμα, στους κινητήρες ντίζελ.
Καθώς αυξάνεται η διάμετρος του κυλίνδρου ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με καρμπυρατέρ, αυξάνεται η τάση του κινητήρα για έκρηξη,
«Οι περισσότεροι το συνδέουν με κυλίνδρους και έμβολα, το σύστημα διανομής αερίου και τον μηχανισμό του στρόφαλου. Κι αυτό γιατί η συντριπτική πλειοψηφία των αυτοκινήτων είναι εξοπλισμένα με τον κλασικό και δημοφιλέστερο τύπο κινητήρα – εμβόλου.
Σήμερα θα μιλήσουμε για τον κινητήρα περιστροφικού εμβόλου Wankel, ο οποίος έχει ένα ολόκληρο σύνολο εξαιρετικών τεχνικών χαρακτηριστικών και κάποτε έπρεπε να ανοίξει νέες προοπτικές στην αυτοκινητοβιομηχανία, αλλά δεν μπόρεσε να πάρει τη θέση του και δεν έγινε ευρέως διαδεδομένο.
Ιστορία της δημιουργίας
Η πρώτη κιόλας περιστροφική θερμομηχανή θεωρείται η αιολίπυλη. Τον πρώτο αιώνα μ.Χ., δημιουργήθηκε και περιέγραψε ο Έλληνας μηχανολόγος μηχανικός Ήρων ο Αλεξανδρινός.
Ο σχεδιασμός του αιολίθου είναι αρκετά απλός: μια περιστρεφόμενη μπρούτζινη σφαίρα βρίσκεται σε έναν άξονα που διέρχεται από το κέντρο της συμμετρίας. Οι υδρατμοί, που χρησιμοποιούνται ως ρευστό εργασίας, ρέουν έξω από δύο ακροφύσια που είναι εγκατεστημένα στο κέντρο της μπάλας το ένα απέναντι από το άλλο και κάθετα στον άξονα στερέωσης. 
Οι μηχανισμοί του νερού και των ανεμόμυλων, χρησιμοποιώντας τη δύναμη των στοιχείων ως ενέργεια, μπορούν επίσης να αποδοθούν στις περιστροφικές μηχανές της αρχαιότητας.
Ταξινόμηση περιστροφικών κινητήρων
Ο θάλαμος εργασίας ενός περιστροφικού κινητήρα εσωτερικής καύσης μπορεί να σφραγίζεται ερμητικά ή να έχει σταθερή σύνδεση με την ατμόσφαιρα όταν διαχωρίζεται από το περιβάλλον από τα πτερύγια του στροφείου. Οι αεριοστρόβιλοι κατασκευάζονται βάσει αυτής της αρχής.
Μεταξύ των κινητήρων με περιστροφικό έμβολο με κλειστούς θαλάμους καύσης, οι ειδικοί διακρίνουν διάφορες ομάδες. Ο διαχωρισμός μπορεί να γίνει ανάλογα με: την παρουσία ή την απουσία στεγανοποιητικών στοιχείων, ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του θαλάμου καύσης (διαλείπουσα-παλμική ή συνεχής), ανάλογα με τον τύπο περιστροφής του σώματος εργασίας.
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι περισσότερες από τις κατασκευές που περιγράφονται δεν έχουν δείγματα εργασίας και υπάρχουν σε χαρτί.
Ταξινόμησαν από τον Ρώσο μηχανικό I.Yu. Ο Isaev, ο οποίος είναι ο ίδιος απασχολημένος με τη δημιουργία ενός τέλειου περιστροφικού κινητήρα. Ανέλυσε πατέντες από τη Ρωσία, την Αμερική και άλλες χώρες, περισσότερες από 600 συνολικά.
Περιστροφικός κινητήρας εσωτερικής καύσης με παλινδρομική κίνηση
Ο ρότορας σε τέτοιους κινητήρες δεν περιστρέφεται, αλλά εκτελεί μια παλινδρομική ταλάντευση τόξου. Τα πτερύγια του ρότορα και του στάτορα είναι ακίνητα και συμβαίνουν διαδρομές διαστολής και συμπίεσης μεταξύ τους. 
Με παλμική-περιστροφική, μονοκατευθυντική κίνηση
Υπάρχουν δύο περιστρεφόμενοι ρότορες στο περίβλημα του κινητήρα συμπίεση μεταξύ των πτερυγίων τους όταν πλησιάζουν το ένα το άλλο και η διαστολή συμβαίνει όταν απομακρύνονται. Λόγω του γεγονότος ότι η περιστροφή των λεπίδων συμβαίνει άνισα, απαιτείται η ανάπτυξη ενός πολύπλοκου μηχανισμού ευθυγράμμισης. 
Με πτερύγια στεγανοποίησης και παλινδρομικές κινήσεις
Το σχήμα, που χρησιμοποιείται με επιτυχία σε πνευματικούς κινητήρες, όπου η περιστροφή πραγματοποιείται με πεπιεσμένο αέρα, δεν έχει ριζώσει στους κινητήρες εσωτερικής καύσης λόγω υψηλής πίεσης και θερμοκρασιών. 
Με σφραγίδες και παλινδρομικές κινήσεις του σώματος
Το σχέδιο είναι παρόμοιο με το προηγούμενο, μόνο τα πτερύγια στεγανοποίησης δεν βρίσκονται στον ρότορα, αλλά στο περίβλημα του κινητήρα. Τα μειονεκτήματα είναι τα ίδια: η αδυναμία εξασφάλισης επαρκούς στεγανότητας των πτερυγίων του περιβλήματος με τον ρότορα διατηρώντας παράλληλα την κινητικότητά τους. 
Κινητήρες με ομοιόμορφη κίνηση των εργαζομένων και άλλων στοιχείων
Οι πιο πολλά υποσχόμενοι και προηγμένοι τύποι περιστροφικών κινητήρων. Θεωρητικά, μπορούν να αναπτύξουν τις υψηλότερες ταχύτητες και να αποκτήσουν ισχύ, αλλά μέχρι στιγμής δεν έχει καταστεί δυνατό να δημιουργηθεί ένα ενιαίο σχήμα εργασίας για κινητήρες εσωτερικής καύσης. 
Με πλανητική, περιστροφική κίνηση του στοιχείου εργασίας
Το τελευταίο περιλαμβάνει τον πιο ευρέως γνωστό σχεδιασμό κινητήρα με περιστροφικό έμβολο από τον μηχανικό Felix Wankel.
Αν και υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός άλλων δομών πλανητικού τύπου:
- Umpleby
- Grey & Dremmond
- Μάρσαλ
- Spand
- Renault
- Θωμάς
- Wallinder & Skoog
- Sensand
- Maillard
- Ferro
Ιστορία του Wankel
Η ζωή του Felix Heinrich Wankel δεν ήταν εύκολη, έμεινε ορφανός σε νεαρή ηλικία (ο πατέρας του μελλοντικού εφευρέτη πέθανε στον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο), ο Felix δεν μπορούσε να συγκεντρώσει κεφάλαια για σπουδές στο πανεπιστήμιο και η επαγγελματική του ειδικότητα το έκανε. μην του επιτρέψετε να αποκτήσει σοβαρή μυωπία.
Αυτό ώθησε τον Wankel να μελετήσει ανεξάρτητα τεχνικούς κλάδους, χάρη στους οποίους το 1924 ήρθε με την ιδέα της δημιουργίας ενός περιστροφικού κινητήρα με έναν περιστρεφόμενο θάλαμο εσωτερικής καύσης. 
Το 1929, έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την εφεύρεση, η οποία έγινε το πρώτο βήμα προς τη δημιουργία του περίφημου Wankel RPD. Το 1933, ο εφευρέτης, βρίσκοντας τον εαυτό του στις τάξεις των αντιπάλων του Χίτλερ, πέρασε έξι μήνες στη φυλακή. Μετά την απελευθέρωση, η εταιρεία BMW άρχισε να ενδιαφέρεται για την ανάπτυξη ενός περιστροφικού κινητήρα και άρχισε να χρηματοδοτεί περαιτέρω έρευνα, διαθέτοντας ένα συνεργείο στο Landau για την εργασία.
Μετά τον πόλεμο, πηγαίνει στους Γάλλους ως επανόρθωση και ο ίδιος ο εφευρέτης πηγαίνει στη φυλακή ως συνεργός του καθεστώτος του Χίτλερ. Μόλις το 1951, ο Felix Heinrich Wankel έπιασε δουλειά στην εταιρεία κατασκευής μοτοσυκλετών NSU και συνέχισε την έρευνά του. 
Την ίδια χρονιά, άρχισε να συνεργάζεται με τον επικεφαλής σχεδιαστή του NSU, Walter Freude, ο οποίος ο ίδιος είχε από καιρό ασχοληθεί με την έρευνα στον τομέα της δημιουργίας ενός περιστροφικού εμβόλου κινητήρα για αγωνιστικές μοτοσυκλέτες. Το 1958 έγινε το πρώτο δείγμα του κινητήρα στον πάγκο δοκιμών. 
Πώς λειτουργεί ένας περιστροφικός κινητήρας;
Η μονάδα ισχύος που σχεδιάστηκε από τους Freude και Wankel είναι ένας ρότορας κατασκευασμένος σε σχήμα τριγώνου Reuleaux. Ο ρότορας περιστρέφεται πλανητικά γύρω από ένα γρανάζι τοποθετημένο στο κέντρο του στάτορα - έναν σταθερό θάλαμο καύσης. Ο ίδιος ο θάλαμος είναι φτιαγμένος με τη μορφή ενός επιτροχοειδούς, το οποίο μοιάζει αόριστα με ένα σχήμα οκτώ με ένα επίμηκες κέντρο που λειτουργεί ως κύλινδρος.
Κινούμενος μέσα στο θάλαμο καύσης, ο ρότορας σχηματίζει κοιλότητες μεταβλητού όγκου στις οποίες συμβαίνουν τα χτυπήματα του κινητήρα: εισαγωγή, συμπίεση, ανάφλεξη και εξάτμιση. Οι θάλαμοι χωρίζονται ερμητικά μεταξύ τους με τσιμούχες - κορυφές, η φθορά των οποίων είναι το αδύναμο σημείο των περιστροφικών εμβολοφόρων κινητήρων.
Το μείγμα καυσίμου-αέρα αναφλέγεται από δύο μπουζί ταυτόχρονα, καθώς ο θάλαμος καύσης έχει επίμηκες σχήμα και μεγάλο όγκο, γεγονός που επιβραδύνει τον ρυθμό καύσης του μίγματος εργασίας.
Σε έναν περιστροφικό κινητήρα, χρησιμοποιείται μια καθυστερημένη γωνία αντί για μια προχωρημένη γωνία, όπως σε έναν κινητήρα με έμβολο. Αυτό είναι απαραίτητο για να συμβεί η ανάφλεξη λίγο αργότερα και η δύναμη της έκρηξης να σπρώξει τον ρότορα προς την επιθυμητή κατεύθυνση. 
Ο σχεδιασμός Wankel κατέστησε δυνατή τη σημαντική απλοποίηση του κινητήρα και την εξάλειψη πολλών εξαρτημάτων. Δεν υπήρχε πλέον ανάγκη για ξεχωριστό μηχανισμό διανομής αερίου και το βάρος και το μέγεθος του κινητήρα μειώθηκαν σημαντικά.
Πλεονεκτήματα
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο περιστροφικός κινητήρας Wankel δεν απαιτεί τόσα εξαρτήματα όπως ένας εμβολοφόρος κινητήρας, επομένως είναι μικρότερος σε μέγεθος, βάρος και πυκνότητα ισχύος (αριθμός "ίππων" ανά κιλό βάρους).
Δεν υπάρχει μηχανισμός στροφάλου (στην κλασική έκδοση), που καθιστά δυνατή τη μείωση του βάρους και του φορτίου δόνησης. Λόγω της απουσίας παλινδρομικών κινήσεων των εμβόλων και της χαμηλής μάζας των κινούμενων μερών, ο κινητήρας μπορεί να αναπτύξει και να διατηρήσει πολύ υψηλές ταχύτητες, αντιδρώντας σχεδόν αμέσως στο πάτημα του πεντάλ γκαζιού.
Ένας περιστροφικός κινητήρας εσωτερικής καύσης παράγει ισχύ στα τρία τέταρτα κάθε περιστροφής του άξονα εξόδου, ενώ ένας κινητήρας εμβόλου παράγει ισχύ μόνο στο ένα τέταρτο.
Ελαττώματα
Ακριβώς επειδή ο κινητήρας Wankel, παρ' όλα τα πλεονεκτήματά του, έχει πολλά μειονεκτήματα, που σήμερα μόνο η Mazda συνεχίζει να τον αναπτύσσει και να τον βελτιώνει. Αν και το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτό αγοράστηκε από εκατοντάδες εταιρείες, συμπεριλαμβανομένων των Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan και άλλων.
Μικρός πόρος
Το κύριο και σημαντικότερο μειονέκτημα είναι η μικρή διάρκεια ζωής του κινητήρα. Κατά μέσο όρο, είναι ίσο με 100 χιλιάδες χιλιόμετρα για τη Ρωσία. Στην Ευρώπη, τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία, ο αριθμός αυτός είναι διπλάσιος, χάρη στην ποιότητα των καυσίμων και την κατάλληλη συντήρηση. 
Το υψηλότερο φορτίο αντιμετωπίζεται από μεταλλικές πλάκες, κορυφές - ακτινικές ακραίες στεγανοποιήσεις μεταξύ των θαλάμων. Πρέπει να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες, πίεση και ακτινικά φορτία. Στο RX-7, το ύψος κορυφής είναι 8,1 χιλιοστά, η αντικατάσταση συνιστάται όταν η φθορά είναι έως και 6,5, στο RX-8 μειώθηκε στα 5,3 εργοστασιακά και η επιτρεπόμενη φθορά δεν είναι μεγαλύτερη από 4,5 χιλιοστά.
Είναι σημαντικό να παρακολουθείτε τη συμπίεση, την κατάσταση του λαδιού και τα μπεκ λαδιού που παρέχουν λιπαντικό στο θάλαμο του κινητήρα. Τα κύρια σημάδια της φθοράς του κινητήρα και της επικείμενης μεγάλης επισκευής είναι η χαμηλή συμπίεση, η κατανάλωση λαδιού και η δύσκολη εκκίνηση με ζεστό νερό.
Χαμηλή φιλικότητα προς το περιβάλλον
Δεδομένου ότι το σύστημα λίπανσης ενός κινητήρα με περιστροφικό έμβολο περιλαμβάνει άμεση έγχυση λαδιού στον θάλαμο καύσης και επίσης λόγω της ατελούς καύσης του καυσίμου, τα καυσαέρια έχουν αυξημένη τοξικότητα. Αυτό δυσκόλεψε το πέρασμα των περιβαλλοντικών επιθεωρήσεων που έπρεπε να γίνουν για να πουληθούν αυτοκίνητα στην αμερικανική αγορά.
Για να λύσουν το πρόβλημα, οι μηχανικοί της Mazda δημιούργησαν έναν θερμικό αντιδραστήρα που έκαιγε υδρογονάνθρακες πριν τους απελευθερώσει στην ατμόσφαιρα. Εγκαταστάθηκε για πρώτη φορά σε Mazda R100. 
Αντί να σταματήσει την παραγωγή όπως άλλες, η Mazda άρχισε να πουλά οχήματα με το Rotary Engine Anti-Polllution System (REAPS) το 1972.
Υψηλή κατανάλωση
Όλα τα αυτοκίνητα με περιστροφικούς κινητήρες έχουν υψηλή κατανάλωση καυσίμου.
Εκτός από τη Mazda, υπήρχαν επίσης Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (τεσσάρων τμημάτων, χωρητικότητα 4 λίτρων), Citroen M35, αλλά αυτά ήταν κυρίως πειραματικά μοντέλα και λόγω της κρίσης πετρελαίου που ξέσπασε στο τη δεκαετία του '80, η παραγωγή τους ανεστάλη.
Το μικρό μήκος διαδρομής του ρότορα και το σχήμα ημισελήνου του θαλάμου καύσης δεν επιτρέπουν στο μείγμα εργασίας να καεί εντελώς. Η θύρα εξάτμισης ανοίγει ακόμη και πριν από την πλήρη καύση, τα αέρια δεν έχουν χρόνο να μεταφέρουν την πλήρη δύναμη της πίεσης στον ρότορα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η θερμοκρασία των καυσαερίων αυτών των κινητήρων είναι τόσο υψηλή.
Ιστορία της εγχώριας RPD
Στις αρχές της δεκαετίας του '80, η ΕΣΣΔ άρχισε επίσης να ενδιαφέρεται για την τεχνολογία. Είναι αλήθεια ότι το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας δεν αγοράστηκε και αποφάσισαν να βρουν τα πάντα μόνοι τους, με άλλα λόγια, να αντιγράψουν την αρχή λειτουργίας και το σχεδιασμό του περιστροφικού κινητήρα Mazda.
Για τους σκοπούς αυτούς, δημιουργήθηκε ένα γραφείο σχεδιασμού και ένα εργαστήριο μαζικής παραγωγής δημιουργήθηκε στο Tolyatti. Το 1976, το πρώτο πρωτότυπο ενός κινητήρα VAZ-311 μονού τμήματος με ισχύ 70 ίππων. Με. εγκατασταθεί σε 50 αυτοκίνητα. Σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, ανέπτυξαν έναν πόρο. Η κακή ισορροπία του REM (περιστροφικός-έκκεντρος μηχανισμός) και η γρήγορη φθορά των κορυφών έγιναν αισθητές. 
Ωστόσο, η ανάπτυξη άρχισε να ενδιαφέρεται για τις ειδικές υπηρεσίες, για τις οποίες τα δυναμικά χαρακτηριστικά του κινητήρα ήταν πολύ πιο σημαντικά από τον πόρο. Το 1982, ο περιστροφικός κινητήρας δύο τμημάτων VAZ-411 είδε το φως της δημοσιότητας, με πλάτος ρότορα 70 cm και ισχύ 120 ίππων. s., και VAZ-413 με ρότορα 80 cm και 140 hp. Με. Αργότερα, οι κινητήρες VAZ-414 χρησιμοποιήθηκαν για τον εξοπλισμό των οχημάτων της KGB, της τροχαίας και του Υπουργείου Εσωτερικών.
Από το 1997, η μονάδα ισχύος VAZ-415 έχει εγκατασταθεί σε δημόσια αυτοκίνητα και το Volga εμφανίζεται με ένα VAZ-425 RPD τριών τμημάτων. Σήμερα στη Ρωσία, τα αυτοκίνητα δεν είναι εξοπλισμένα με τέτοιους κινητήρες.
Λίστα αυτοκινήτων με περιστροφικό εμβολοφόρο κινητήρα
| Μάρκα | Μοντέλο |
|---|---|
| NSU | Αράχνη |
| Ro80 | |
| Mazda | Cosmo Sport (110S) |
| Familia Rotary Coupe | |
| Parkway Rotary 26 | |
| Capella (RX-2) | |
| Savanna (RX-3) | |
| RX-4 | |
| RX-7 | |
| RX-8 | |
| Eunos Cosmo | |
| Rotary Pickup | |
| Luce R-130 | |
| Mercedes | C-111 |
| XP-882 Four Rotor | |
| Citroen | Μ35 |
| GS Birotor (GZ) | |
| VAZ | 21019 (Arcanum) |
| 2105-09 | |
| ΑΕΡΙΟ | 21 |
| 24 | |
| 3102 |
Λίστα περιστροφικών κινητήρων Mazda
| Τύπος | Περιγραφή |
|---|---|
| 40Α | Πρώτο αντίγραφο πάγκου, ακτίνα ρότορα 90 mm |
| L8A | Σύστημα λίπανσης ξηρού κάρτερ, ακτίνα ρότορα 98 mm, όγκος 792 cc. εκ |
| 10A (0810) | Δύο τεμάχια, 982 κ.β. cm, ισχύς 110 l. σελ., ανάμιξη λαδιού με καύσιμο για λίπανση, βάρος 102 kg |
| 10A (0813) | 100 l. σελ., αύξηση βάρους έως 122 κιλά |
| 10A (0866) | 105 l. σελ., τεχνολογία μείωσης εκπομπών REAPS |
| 13Α | Για προσθιοκίνητο R-130, όγκος 1310 κ.εκ. cm, 126 l. s., ακτίνα ρότορα 120 mm |
| 12Α | Τόμος 1146 κ.εκ. cm, το υλικό του ρότορα ενισχύεται, η διάρκεια ζωής του στάτορα αυξάνεται, οι σφραγίδες είναι κατασκευασμένες από χυτοσίδηρο |
| 12Α Turbo | Ημιάμεση έγχυση, 160 l. Με. |
| 12Β | Διανομέας μονής ανάφλεξης |
| 13Β | Ο πιο δημοφιλής κινητήρας, όγκος 1308 κ.εκ. cm, χαμηλές εκπομπές ρύπων |
| 13Β-ΡΕΣΗ | 135 l. p.s., RESI (Rotary Engine Super Injection) και Bosch L-Jetronic injection |
| 13Β-ΔΕΗ | 146 l. σελ., μεταβλητή εισαγωγή, συστήματα 6PI και DEI, έγχυση με 4 μπεκ |
| 13B-RE | 235 l. σελ., μεγάλοι στρόβιλοι HT-15 και μικροί HT-10 |
| 13B-REW | 280 l. σελ., 2 διαδοχικές τουρμπίνες Hitachi HT-12 |
| 13B-MSP Renesis | Φιλικό προς το περιβάλλον και οικονομικό, μπορεί να λειτουργήσει με υδρογόνο |
| 13G/20B | Αγωνιστικοί κινητήρες με τρεις ρότορες, 1962 κ.εκ. cm, ισχύς 300 l. Με. |
| 13J/R26B | Τετραρότορα, για αγώνες αυτοκινήτων, όγκος 2622 κ.εκ. cm, ισχύς 700 l. Με. |
| 16X (Renesis 2) | 300 λίτρα. σελ., Taiki concept car |
Κανόνες λειτουργίας περιστροφικού κινητήρα
- Αλλάζετε το λάδι κάθε 3-5 χιλιάδες χιλιόμετρα. Η κατανάλωση 1,5 λίτρου ανά 1000 km θεωρείται φυσιολογική.
- παρακολουθήστε την κατάσταση των μπεκ λαδιού, η μέση διάρκεια ζωής τους είναι 50 χιλιάδες.
- αλλαγή φίλτρου αέρα κάθε 20 χιλιάδες.
- χρησιμοποιήστε μόνο ειδικά μπουζί, πόροι 30-40 χιλιάδες χιλιόμετρα.
- Γεμίστε το ρεζερβουάρ με βενζίνη όχι χαμηλότερη από AI-95, και ακόμα καλύτερα AI-98.
- μετρήστε τη συμπίεση κατά την αλλαγή λαδιού. Για αυτό, χρησιμοποιείται μια ειδική συσκευή η συμπίεση πρέπει να είναι εντός 6,5-8 ατμοσφαιρών.
Όταν λειτουργείτε με συμπίεση κάτω από αυτές τις τιμές, ένα τυπικό κιτ επισκευής μπορεί να μην είναι αρκετό - θα πρέπει να αντικαταστήσετε ένα ολόκληρο τμήμα, και πιθανώς ολόκληρο τον κινητήρα.
Η σημερινή μέρα
Σήμερα, το μοντέλο Mazda RX-8 βρίσκεται σε σειριακή παραγωγή, εξοπλισμένο με κινητήρα Renesis (συντομογραφία Rotary Engine + Genesis). 
Οι σχεδιαστές κατάφεραν να μειώσουν την κατανάλωση λαδιού στο μισό και την κατανάλωση καυσίμου κατά 40% και έφεραν την περιβαλλοντική κατηγορία στο επίπεδο Euro-4. Ο κινητήρας με κυβισμό 1,3 λίτρων αποδίδει ισχύ 250 ίππων. Με.
Παρ' όλα τα επιτεύγματα, οι Ιάπωνες δεν σταματούν εκεί. Σε αντίθεση με τους ισχυρισμούς των περισσότερων ειδικών ότι το RPD δεν έχει μέλλον, δεν σταματούν να βελτιώνουν την τεχνολογία και πριν από λίγο καιρό παρουσίασαν την ιδέα του σπορ κουπέ RX-Vision, με περιστροφικό κινητήρα SkyActive-R. 
