L'idea di un motore rotativo è troppo allettante: quando un concorrente è molto lontano dall'ideale, sembra che stiamo per superare le carenze e ottenere non un motore, ma la perfezione stessa ... Mazda era prigioniera di queste illusioni fino al 2012, quando è stato interrotto ultimo modello con un motore rotativo - RX-8.

La storia della creazione di un motore rotativo

Il secondo nome di un motore rotativo (RPD) è un wankel (una specie di analogo di un motore diesel). È Felix Wankel che oggi è accreditato degli allori dell'inventore del motore a pistoni rotanti, e viene raccontata anche una storia commovente su come Wankel sia andato al suo obiettivo nello stesso momento in cui Hitler stava andando da solo.

In effetti, tutto era un po' diverso: un ingegnere di talento, Felix Wankel ha davvero lavorato allo sviluppo di un nuovo, motore semplice combustione interna, ma era un motore diverso basato sulla co-rotazione dei rotori.

Dopo la guerra, Wankel fu reclutato dalla società tedesca NSU, impegnata principalmente nella produzione di motociclette, in uno dei gruppi di lavoro che lavoravano alla creazione di un motore rotativo sotto la guida di Walter Freude.

Il contributo di Wankel è un'ampia ricerca sulle tenute per valvole rotative. Lo schema di base e il concetto ingegneristico sono dovuti a Freud. Sebbene Wankel avesse un brevetto per la doppia rotazione.

Il primo motore aveva una camera rotante e un rotore fisso. L'inconveniente del design ha portato all'idea di modificare lo schema in alcuni punti.

Il primo motore a rotore rotante entrò in funzione a metà del 1958. Differiva poco dal suo discendente dei nostri giorni, tranne per il fatto che le candele dovevano essere spostate sul corpo.

Ben presto la società annunciò di essere riuscita a creare un motore nuovo e molto promettente. Quasi un centinaio di case automobilistiche hanno acquistato le licenze per produrre questo motore. Un terzo delle licenze è finito in Giappone.

RPD in URSS

Ma l'Unione Sovietica non ha acquistato affatto una licenza. Lo sviluppo del nostro motore rotativo è iniziato con il fatto che sono stati portati nell'Unione e smantellati macchina tedesca Ro-80, che NSU ha iniziato la produzione nel 1967.

Sette anni dopo, nello stabilimento VAZ apparve un ufficio di progettazione, che sviluppava esclusivamente motori a pistoni rotanti. Attraverso il suo lavoro, nel 1976, nacque il motore VAZ-311. Ma il primo pancake si è rivelato grumoso ed è stato finalizzato per altri sei anni.

Primo Soviet macchina di serie con un motore rotativo è il VAZ-21018, introdotto nel 1982. Purtroppo, già nel lotto sperimentale, i motori di tutte le macchine si sono guastati. Hanno finalizzato un altro anno, dopo di che sono comparsi VAZ-411 e VAZ 413, che sono stati adottati dalle forze dell'ordine dell'URSS. Non erano particolarmente preoccupati per il consumo di carburante e la breve durata del motore, ma avevano bisogno di auto veloci, potenti ma poco appariscenti che potessero tenere il passo con un'auto straniera.

RPD in Occidente

In Occidente, il motore rotativo non ha prodotto un boom e ha posto fine al suo sviluppo negli Stati Uniti e in Europa crisi del carburante 1973, quando i prezzi del gas salirono alle stelle e gli acquirenti di auto iniziarono a cercare modelli a basso consumo di carburante.

Considerando che il motore rotativo consumava fino a 20 litri di benzina ogni cento chilometri, le sue vendite durante la crisi sono scese al limite.

L'unico paese in Oriente che non ha perso la fiducia è il Giappone. Ma anche lì, i produttori hanno perso rapidamente interesse per il motore, che non voleva migliorare. E alla fine era rimasto un risoluto soldatino di stagno: l'azienda Mazda. In URSS la crisi del carburante non si è fatta sentire. La produzione di macchine con RPD è continuata dopo il crollo dell'Unione. VAZ ha smesso di fare RPD solo nel 2004. Mazda si è riconciliata solo nel 2012.

Caratteristiche del motore rotativo

Il design si basa su un rotore di forma triangolare, ciascuna delle cui facce ha un rigonfiamento (). Il rotore ruota di tipo planetario attorno all'asse centrale: lo statore. Allo stesso tempo, i vertici del triangolo descrivono una curva complessa chiamata epitrocoide. La forma di questa curva determina la forma della capsula all'interno della quale ruota il rotore.

Il motore rotativo ha lo stesso ciclo di lavoro a quattro cicli del suo concorrente, il motore a pistoni.

Le camere si formano tra i bordi del rotore e le pareti della capsula, la loro forma è a mezzaluna variabile, motivo per cui alcuni carenze significative disegni. Per isolare le camere l'una dall'altra, vengono utilizzate guarnizioni: piastre radiali e terminali.

Se confrontiamo motore rotativo a combustione interna con un pistone, la prima cosa che salta all'occhio è che in un giro del rotore la corsa di lavoro si verifica tre volte e l'albero di uscita ruota tre volte più velocemente del rotore stesso.

In RPD no impianto di distribuzione del gas che semplifica notevolmente il suo design. Un'elevata densità di potenza con dimensioni e peso ridotti dell'unità sono a causa dell'assenza di un albero motore, bielle e altre interfacce tra le telecamere.

Vantaggi e svantaggi dei motori rotativi

Vantaggi

motore rotativo buono perché consiste di molte meno parti rispetto al suo concorrente - del 35-40 percento.

Due motori della stessa potenza - rotativo e a pistoni - differiranno notevolmente per dimensioni. Pistone grande il doppio.

motore rotativo non sperimenta molto stress alti regimi anche se acceleri l'auto a una velocità superiore a 100 km / h con marcia bassa.

Un'auto con un motore rotativo è più facile da bilanciare offre una maggiore stabilità della macchina sulla strada.

Anche il più leggero dei veicoli non soffre di vibrazioni perché L'RPD vibra molto meno del "pistone". Ciò è dovuto al maggior equilibrio del RPD.

Screpolatura

Lo svantaggio principale di un automobilista del motore rotativo lo chiamerebbe piccola risorsa, che è una diretta conseguenza del suo design. Le guarnizioni si consumano molto rapidamente, poiché il loro angolo di lavoro cambia costantemente.


Prova motoria fluttuazioni di temperatura ogni ciclo, che contribuisce anche all'usura del materiale. A questo si aggiunge la pressione che viene esercitata sulle superfici di sfregamento, che viene trattata solo iniettando olio direttamente nel collettore.

Guarnizioni usurate provoca perdite tra le camere, le cui differenze di pressione sono eccessive. A causa di ciò Efficienza del motore sta diminuendo e il danno ambientale è in aumento.

mezzaluna la forma delle camere non contribuisce alla completezza della combustione del carburante, e la velocità di rotazione del rotore e la breve lunghezza della corsa di lavoro sono la ragione per spingere allo scarico gas ancora troppo caldi e non completamente bruciati. Oltre ai prodotti della combustione della benzina, vi è presente anche l'olio, che insieme rende lo scarico molto tossico. Pistone: porta meno danni all'ambiente.

appetiti esorbitanti sono già stati citati i motori a benzina, che "mangia" olio fino a 1 litro ogni 1000 km. E una volta che ti dimentichi dell'olio e puoi fare una riparazione importante, se non una sostituzione del motore.

Alto prezzo - dovuto al fatto che per la fabbricazione del motore sono necessarie attrezzature di alta precisione e materiali di altissima qualità.

Come puoi vedere, il motore rotativo è pieno di difetti, ma anche il motore a pistoni è imperfetto, quindi la competizione tra loro non si è fermata per così tanto tempo. È finita per sempre? Il tempo lo dirà.

Raccontiamo come è organizzato e funziona un motore rotativo.

L'industria automobilistica è in continua evoluzione. Non sorprende che appaiano tecnologie alternative, che, per me, hanno meno probabilità di apparire nella produzione di massa. Questi sono motori rotativi.

Importante! Un impulso burrascoso allo sviluppo dell'industria automobilistica fu dato dall'invenzione del motore a combustione interna. Di conseguenza, le auto iniziarono a funzionare con carburante liquido e iniziò l'era della benzina.

Macchine con motore rotativo

Il motore a pistoni rotanti è stato inventato da NSU. Il creatore dell'apparato era Walter Freude. Ciò nonostante questo dispositivo negli ambienti scientifici porta il nome di un altro scienziato, ovvero Wankel.

Il fatto è che un duetto di ingegneri ha lavorato a questo progetto. Ma il ruolo principale nella creazione del dispositivo apparteneva a Freud. Mentre lavorava alla tecnologia rotativa, Wankel stava lavorando a un altro progetto che non ha portato a nulla.

Tuttavia, come risultato di giochi sotto copertura, ora conosciamo tutti questo apparecchio come un motore rotativo Wankel. Il primo modello funzionante fu assemblato nel 1957. L'auto pioniera era la NSU Spider. A quel tempo, è stato in grado di sviluppare una velocità di centocinquanta chilometri. La potenza del motore dello "Spider" era di 57 CV. Insieme a.

"Spider" con motore rotativo è stato prodotto dal 1964 al 1967. Ma non è diventato massiccio. Tuttavia, le case automobilistiche non hanno posto fine a questa tecnologia. Inoltre, hanno rilasciato un altro modello: NSU Ro-80, ed è diventato un vero passo avanti. Il marketing adeguato ha svolto un ruolo importante.

Prestare attenzione al titolo. Contiene già un'indicazione che la macchina è dotata di un motore rotativo. Forse il risultato di questo successo è stata l'installazione di questi motori, su tale auto famose, come:

• Citroen GS Birotore,
• Mercedes-Benz C111,
• Corvette Chevrolet,
• VAZ 21018.

I motori rotativi hanno ricevuto la massima popolarità nella terra del Sol Levante. L'azienda giapponese Mazda ha compiuto un passo rischioso in quel momento e ha iniziato a produrre automobili utilizzando questa tecnologia.

Il primo segno dell'azienda Mazda è stata l'auto Cosmo Sport. Non si può dire che abbia guadagnato un'immensa popolarità, ma ha trovato il suo pubblico. Tuttavia, questo è stato solo il primo passo nella produzione di motori rotativi mercato giapponese, e presto, sul mondo.

Gli ingegneri giapponesi non solo non si disperarono, ma, al contrario, iniziarono a lavorare con una forza triplicata. Il risultato delle loro fatiche è stata una serie che tutti i corridori di strada in qualsiasi paese del mondo ricordano con riverenza: Rotor-eXperiment o RX in breve.

All'interno di questa serie, diversi modelli leggendari, inclusa la Mazda RX-7. Dire che questa macchina a motore rotativo era popolare è come non dire nulla. Milioni di fan delle corse su strada hanno iniziato con lei. Ad un prezzo relativamente basso, era semplicemente incredibile specifiche:

• accelerazione a centinaia - 5,3 secondi;
• velocità massima- 250 chilometri all'ora;
• potenza - 250-280 cavalli, a seconda della modifica.

L'auto è una vera opera d'arte, è leggera e maneggevole e il suo motore è ammirevole. Con le caratteristiche sopra descritte, ha un volume di soli 1,3 litri. Ha due sezioni e la tensione operativa è di 13V.

Attenzione! Mazda RX-7 è stata prodotta dal 1978 al 2002. Durante questo periodo sono state prodotte circa un milione di auto con motore rotativo.

Sfortunatamente, l'ultimo modello di questa serie è stato rilasciato nel 2008. Mazda RX8 ha completato la linea leggendaria. In realtà, su questo, la storia del motore rotativo nella produzione di massa può essere considerata completa.

Principio di funzionamento

Molti esperti automobilistici ritengono che la progettazione di un apparato a pistone convenzionale dovrebbe essere lasciata in un lontano passato. Tuttavia, milioni di automobili hanno bisogno degno sostituto, se un motore rotativo può diventarlo, scopriamolo.

Il principio di funzionamento di un motore rotativo si basa sulla pressione che si crea quando il carburante viene bruciato. La parte principale del design è il rotore, che è responsabile della creazione di movimenti della frequenza desiderata. Di conseguenza, l'energia viene trasferita alla frizione. Il rotore lo spinge fuori, trasferendolo alle ruote.

Il rotore ha la forma di un triangolo. Il materiale di costruzione è acciaio legato. La parte si trova in una cassa ovale, nella quale, infatti, avviene la rotazione, oltre a una serie di processi importanti per la generazione di energia:

• compressione della miscela,
• iniezione di carburante,
• scintilla creazione,
• fornitura di ossigeno,
• scarico di materie prime di scarto.

La caratteristica principale del dispositivo del motore rotativo è che il rotore ha uno schema di movimento estremamente insolito. Il risultato di una tale decisione progettuale sono tre celle completamente isolate l'una dall'altra.

Attenzione! In ogni cella avviene un certo processo.

La prima cella riceve miscela aria-carburante. La miscelazione avviene nella cavità. Quindi il rotore sposta la sostanza risultante nel compartimento successivo. È qui che avvengono la compressione e l'accensione.

Nella terza cella, il combustibile usato viene rimosso. Ben coordinato lavoro di tre bays offre solo quella straordinaria prestazione, che è stata dimostrata sull'esempio delle auto della serie RX.

Ma il segreto principale del dispositivo risiede altrove. Il fatto è che questi processi non si verificano uno dopo l'altro, si verificano all'istante. Di conseguenza, tre cicli passano in un solo giro.

Sopra c'era un diagramma del funzionamento di un motore rotativo di base. Molti produttori stanno cercando di aggiornare la tecnologia per ottenere maggiori prestazioni. Alcuni riescono, altri falliscono.

Gli ingegneri giapponesi sono riusciti ad avere successo. I motori Mazda già menzionati sopra hanno fino a tre rotori. Quanta produttività aumenterà in questo caso, puoi immaginare.

Portiamo buon esempio. Prendiamo un motore RPD convenzionale con due rotori e troviamo l'analogo più vicino: un motore a combustione interna a sei cilindri. Se aggiungi un altro rotore al design, il divario sarà completamente colossale: 12 cilindri.

Tipi di motori rotativi

Molte case automobilistiche hanno iniziato la produzione di motori rotativi. Non sorprende che siano state create molte modifiche, ognuna delle quali ha le sue caratteristiche:

1. Motore rotativo con movimento multidirezionale. Il rotore non ruota qui, ma, per così dire, oscilla attorno al proprio asse. Il processo di compressione avviene tra le pale del motore.
2. Motore rotativo rotativo pulsante. Ci sono due rotori all'interno della custodia. La compressione passa tra le alette di questi due elementi mentre si avvicinano e si allontanano.
3. Motore rotativo con flap sigillato - Questo design è ancora ampiamente utilizzato nei motori ad aria. Per i motori rotativi a combustione interna, la camera in cui avviene l'accensione viene notevolmente modificata.
4. Motore rotativo che funziona grazie ai movimenti di rotazione. Si ritiene che questo design sia il più tecnicamente avanzato. Non ci sono parti che fanno movimenti alternativi. Pertanto i motori rotativi di questo tipo raggiungono facilmente i 10.000 giri/min.
5. Il motore rotativo planetario è la primissima modifica inventata da due ingegneri.

Come puoi vedere, la scienza non si ferma, un numero considerevole di specie motori rotativi lascia sperare ulteriori sviluppi tecnologia in un lontano futuro.

Vantaggi e svantaggi di un motore rotativo

Come puoi vedere, i motori rotativi erano piuttosto popolari all'epoca. Inoltre, davvero auto leggendarie erano dotati di motori di questa classe. Per capire perché questa unità è stata installata su modelli avanzati Auto giapponesi, devi conoscere tutti i suoi vantaggi e svantaggi.

Vantaggi

Dallo sfondo presentato in precedenza, sai già che il motore rotativo un tempo ha attirato molta attenzione da parte dei produttori di motori, per diversi motivi:

1. Design compatto aumentato.
2. Peso leggero.
3. L'RPD è ben bilanciato e crea un minimo di vibrazioni durante il funzionamento.
4. Il numero di pezzi di ricambio nel motore è di un ordine di grandezza inferiore rispetto alla controparte del pistone.
5. RPD ha elevate qualità dinamiche

Il vantaggio più importante dell'RPD è la sua elevata densità di potenza. Un'auto con un motore rotativo può accelerare fino a 100 chilometri senza passare a marce alte pur mantenendo un gran numero di giri.

Importante! L'utilizzo di un motore rotativo consente di ottenere una maggiore stabilità del veicolo su strada grazie alla distribuzione ideale del peso.

Screpolatura

Quindi è tempo di saperne di più perché, nonostante tutti i vantaggi, la maggior parte dei produttori ha smesso di installare motori rotativi nelle proprie auto. Gli svantaggi di RPD includono:

1. Aumento del consumo di carburante durante il lavoro bassi regimi. Nelle auto più esigenti in termini di risorse, può raggiungere i 20-25 litri per 100 chilometri.
2. Difficoltà nella produzione. A prima vista, il design di un motore rotativo è molto più semplice di quello di un motore a pistoni. Ma il diavolo è nei dettagli. Sono estremamente difficili da realizzare. La precisione geometrica di ciascuna parte deve essere a un livello ideale, altrimenti il ​​rotore non sarà in grado di superare la curva epitrocoidale con il risultato corretto. RPD richiede attrezzature di alta precisione nella sua produzione, il che costa un sacco di soldi.
3. Il motore rotativo spesso si surriscalda. Ciò è dovuto alla struttura insolita della camera di combustione. Sfortunatamente, anche dopo molti anni, gli ingegneri non sono riusciti a correggere questo difetto. L'energia in eccesso generata dalla combustione del carburante riscalda il cilindro. Ciò consuma notevolmente il motore e ne riduce la durata.
4. Inoltre, un motore rotativo soffre di cadute di pressione. Il risultato di un tale effetto rapida usura foche. La vita utile di un RPD ben assemblato è compresa tra 100 e 150 mila chilometri. Dopo aver superato questo traguardo revisione non più gestibile.
5. Procedura complicata per il cambio dell'olio. Il consumo di olio di un motore rotativo per 1000 chilometri è di 600 millilitri. Affinché le parti ricevano una corretta lubrificazione, l'olio deve essere cambiato una volta ogni 5000 km. Se ciò non viene fatto, diventa estremamente probabile danno serio componenti chiave dell'unità.

Come puoi vedere, nonostante gli eccezionali vantaggi dell'RPD, presenta una serie di inconvenienti significativi. Tuttavia, i reparti di progettazione delle principali case automobilistiche stanno ancora cercando di modernizzare questa tecnologia e chissà, forse un giorno ci riusciranno.

Risultati

I motori rotativi presentano molti vantaggi significativi, sono ben bilanciati, consentono di aumentare rapidamente la velocità e fornire una velocità impostata fino a 100 km in 4-7 secondi. Ma i motori rotativi presentano anche degli svantaggi, il principale dei quali è una breve durata.

Come sapete, la stragrande maggioranza delle auto moderne è dotata di motori a combustione interna o motori a combustione interna. L'essenza del loro lavoro è convertire l'energia generata durante la combustione miscela di carburante, nella rotazione dell'albero, dal quale, con l'ausilio di una trasmissione meccanica, il movimento viene trasmesso alle ruote veicolo. La stragrande maggioranza delle auto ora utilizza motori a combustione interna disposti secondo uno schema a pistoni. Ma esiste un altro tipo di motori a combustione interna, vale a dire i motori rotativi. O questo tipo descriveremo il motore in questo articolo.

La storia dei motori rotativi iniziò nel 1957, quando gli ingegneri tedeschi Felix Wankel e Walter Freude dimostrarono il primo campione funzionante di un tale propulsore. In un primo momento, molte delle principali case automobilistiche mondiali (in particolare, Mercedes-Benz, Motori generali, Citroen), ma alla fine solo Mazda giapponese ha deciso di padroneggiare la produzione di motori rotativi in ​​​​grande serie e di non abbandonarli per molto tempo.

Per inciso, anche VAZ domestico per alcuni anni ha prodotto serie limitate di Zhiguli con propulsori rotanti. Non sono stati forniti ad acquirenti "ordinari", ma queste auto sono state inviate alle flotte del KGB e, in quantità molto ridotte, al Ministero degli affari interni dell'URSS.

Il principio di funzionamento di un motore rotativo, così come di un motore a pistoni convenzionale, si basa sulla conversione dell'energia di combustione in energia rotazionale, ma questa conversione viene eseguita in modo leggermente diverso. In un motore rotativo, il movimento rotatorio viene eseguito direttamente dal suo principale elemento di lavoro: il rotore. Questa è la differenza più importante tra un motore a combustione interna rotante e un motore a combustione interna a pistoni, in cui i principali elementi di lavoro mobili sono i pistoni che eseguono un movimento non rotatorio, ma alternativo.

Pertanto, nei motori rotativi, a causa del loro design, sono completamente esclusi quelli piuttosto complessi nel design e che richiedono una manutenzione periodica. meccanismi a manovella, convertendo il moto alternativo in moto rotatorio dell'albero motore.

Proprio come in un motore a pistoni, il motore rotativo sfrutta la pressione dei gas risultanti dalla combustione della miscela aria-carburante. Tuttavia, non si verifica nei cilindri, ma nella camera, che è formata da quella parte del corpo, che è chiusa dal lato del rotore triangolare al suo interno. È lui che viene usato al posto dei pistoni.

La rotazione del rotore sotto l'influenza di questa pressione avviene lungo una traiettoria che ricorda molto una linea tracciata da uno spirografo. A causa di ciò, tutti e tre i vertici del rotore triangolare, a contatto con le pareti interne dell'alloggiamento del motore, formano camere di combustione sigillate. Mentre il rotore ruota, ciascuno di questi tre volumi si espande e si contrae alternativamente. Questa modalità di funzionamento di un motore a combustione interna rotativo garantisce l'implementazione di processi quali:

• Ricezione della miscela aria-carburante;
• Compressione;
• lavoro utile;
• Rilascio di scarico.

Pertanto, il motore rotativo, proprio come il motore a pistoni standard di un'auto moderna, è un quattro tempi.

Il sistema di accensione e il sistema di iniezione del carburante nei motori rotativi è simile a quelli utilizzati nei motori a pistoni, ma la struttura di questi motori a combustione interna è completamente diversa. I principali elementi strutturali di un motore rotativo sono:

• Rotore;
• Statore (custodia);
• albero di uscita.

Come accennato in precedenza, il rotore si trova all'interno dello statore (caso) e presenta tre lati convessi. Ciascuno di essi, infatti, svolge il ruolo di un pistone e presenta un incavo necessario per poter aumentare la velocità di rotazione. Su ogni lato del rotore sono presenti due anelli metallici che formano le camere di combustione necessarie al funzionamento di questo motore a combustione interna.

Un componente importante del rotore è un ingranaggio situato al suo centro e accoppiato con un ingranaggio fissato all'alloggiamento. È grazie a questo accoppiamento che vengono impostate la traiettoria e la direzione necessarie lungo le quali il rotore ruota nell'alloggiamento.

L'alloggiamento di un motore a combustione interna rotativo ha una forma ovale, progettata e realizzata in modo tale che tutti e tre i vertici del rotore entrino sempre in contatto con le sue pareti interne. Ciò è necessario affinché in qualsiasi momento all'interno di questa unità di potenza vi siano tre volumi di gas completamente isolati l'uno dall'altro. Inoltre, le porte di aspirazione e scarico si trovano nel corpo e non hanno valvole: la porta di aspirazione si collega direttamente all'acceleratore e la porta di scarico direttamente al sistema di scarico.

L'albero di uscita di un motore rotativo non assomiglia per niente albero motore motore a pistoni. È eccentrico, cioè con un certo offset rispetto all'asse centrale, si trovano sporgenze speciali. A ciascuno di essi è associato un rotore separato (a proposito, non ce n'è uno, ma diversi in un motore rotativo). Durante la rotazione, ciascuno dei rotori spinge la "sua" camma, a seguito della quale appare una coppia sull'albero.

Va notato che tutti i motori rotativi sono assemblati a strati. I rotori gemelli più comunemente usati ne hanno cinque e tutti sono fissati con bulloni installati in un cerchio. Il raffreddamento dei motori rotativi viene effettuato con l'ausilio del liquido di raffreddamento, che attraversa tutte le parti della struttura. I cuscinetti e le guarnizioni per l'albero di uscita si trovano nei due strati più esterni. Condividono anche le parti del corpo, in cui si trovano i rotori stessi. Le porte di ingresso si trovano nella parte centrale e le porte di uscita si trovano in ciascuna delle parti estreme.

Vantaggi e svantaggi dei motori rotativi

I principali vantaggi dei motori rotativi rispetto ai motori a pistoni sono:

• Meno parti mobili;
• Funzionamento più fluido;
• Maggiore affidabilità.

In un motore a due rotori si muovono solo l'albero di uscita ed entrambi i rotori, mentre anche nel motore a combustione interna a pistoni dal design più semplice ci sono almeno quaranta parti mobili. Di conseguenza, l'affidabilità dell'unità motrice rotativa è significativamente più elevata.

Nei motori rotativi, tutte le parti mobili ruotano in una sola direzione, il che riduce notevolmente le vibrazioni. Per smorzare efficacemente quelli che si presentano, vengono utilizzati contrappesi. Va inoltre notato che la rotazione del rotore in un motore rotativo è solo un terzo della velocità di rotazione dell'albero. Ciò ha anche un effetto positivo sull'affidabilità dell'unità di potenza.

I motori rotativi presentano anche diversi inconvenienti significativi. Forse il principale è che rispetto ai motori a combustione interna a pistoni consumano molto più carburante. Allo stesso tempo, il costo della loro produzione è molto più alto, quindi oggi non vengono prodotti in grandi lotti.

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A marzo, Martin ten Brink, vicepresidente delle vendite e del servizio clienti di Mazda Motor Europe, ha attivato gli appassionati di tutto il mondo con il suo semplice annuncio che il motore rotativo Wankel sarebbe tornato in produzione.

In particolare, ten Brink ha affermato che un motore rotativo a combustione interna potrebbe diventare un elemento per ampliare il raggio di movimento macchina elettrica 2019 anno modello ma all'epoca era solo una voce. Mazda non ha annunciato alcun prodotto specifico mentre. Tuttavia, Mazda rimane impegnata a lavorare sulla tecnologia dei motori rotativi"., speculato su un commento del vicepresidente Mazda di Mazda Motor of America.

Quindi cosa c'è di così speciale in questo motore leggendario, che ha così entusiasmato tutti con il suo ritorno? Perché le cose potrebbero essere diverse questa volta?

Come lavora

Elementi del sistema motore

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Il motore rotativo a combustione interna ha la forma di un barile. Su di esso e in esso non troverai molti componenti a cui sei abituato nello standard motore a pistoni. Innanzitutto, non ha pistoni che vanno su e giù. Invece di loro lavoro utile crea un pistone triangolare di forma insolita con bordi arrotondati (triangolo di Reuleaux). Il loro numero può variare da uno a tre in un motore, ma lo schema più comunemente usato è con due pistoni che ruotano attorno all'albero attraverso una parte centrale cava eccentrica.

Il carburante e l'aria vengono spinti nello spazio tra i lati dei rotori e le pareti interne della scatola, dove viene accesa la miscela. La rapida ed esplosiva espansione dei gas fa girare il rotore, che produce così potenza. I rotori svolgono lo stesso compito dei pistoni in un motore a pistoni, ma con molte meno parti mobili, rendendolo più leggero e compatto di un motore a pistoni di cilindrata equivalente.

Considerando che il carburatore/aspirazione è in basso a sinistra dell'immagine, la fonte di accensione è a destra e lo scarico è in alto a destra, è possibile disegnare un diagramma visivo che mostri il processo di lavoro. , partendo dall'ingresso della miscela aria-carburante:

Il rotore quindi gira l'albero eccentrico e pressurizza la camera di combustione:

La fonte di accensione (o due candele, come nel caso di molti motori Wankel) avvia il processo di accensione:

Questa combustione di carburante e aria fa girare il rotore durante la corsa di potenza:

E infine, il motore sputa e i resti di combustibile incombusto all'esterno:

Pochi lo sanno, ma il motore rotativo è stato originariamente inventato quasi 100 anni fa, e non negli anni '50 del XX secolo. Inizialmente, il principio di funzionamento del motore è stato elaborato da Felix Wankel, un ingegnere tedesco che ha ideato il proprio principio di funzionamento di un motore a combustione interna.

Vantaggio n. 1: un motore rotativo è più leggero e compatto di un motore a pistoni convenzionale.

La guerra, che ha sollevato alcuni ingegneri, come Ferdinand Porsche, non ha dato ad altri alcuna possibilità di svilupparsi. I pacifici motori Wankel non erano necessari in tempi pericolosi, quindi l'inventore dovette aspettare fino al 1951, quando ricevette un invito dalla casa automobilistica NSU per sviluppare un prototipo. L'azienda tedesca ha deciso di scoprire con l'aiuto di trucchi se è così buono motore originale, dando allo stesso tempo l'opportunità di dimostrare forza a un altro ingegnere: Hanns Dieter Paschke.

Il complesso design del Wankel in realtà ha perso terreno rispetto al semplice prototipo sviluppato dall'ingegnere Hanns Dieter Paschke, che ha semplicemente rimosso tutto il superfluo dal design originale, rendendolo conveniente da produrre.

Quindi in Germania ne è stato inventato e testato uno nuovo Motore Mazda, che per molti decenni è stato uno dei pochi pistoni rotanti motori seriali e l'unico nel 21° secolo.

Il moderno motore Wankel non è realmente un motore Wankel.

Sì, la base del motore rotativo di Wankel è diventata il design di maggior successo questo motore al mondo e l'unico che è riuscito a raggiungere la produzione in serie in modi difficili.

All'inizio degli anni '60, NSU e Mazda hanno avuto un'amichevole competizione congiunta per produrre e vendere la prima auto con un motore Wankel quando stavano lavorando su un prodotto grezzo, cercando di trasformarlo in un prodotto di qualità.

NSU è stata la prima sul mercato nel 1964. Ma l'azienda tedesca non è stata così fortunata: ha distrutto la sua reputazione nel decennio successivo con una qualità del prodotto inadeguata. Fallimenti frequenti i motori venivano inviati più e più volte al concessionario e al negozio per i pezzi. Ben presto, non era raro trovare modelli NSU Spider o Ro 80, in cui venivano cambiati tre o più motori rotativi Wankel.

Il problema erano le guarnizioni superiori del rotore, sottili strisce di metallo tra le punte dei rotori rotanti e gli alloggiamenti del rotore. NSU li ha realizzati con tre strati, il che ha causato usura irregolare. Era una bomba a orologeria non solo per le auto dell'azienda, ma anche per la stessa casa automobilistica. Mazda ha risolto il problema della tenuta (estremamente elemento importante motore, senza il quale semplicemente non era in grado di funzionare per mancanza di pressione), rendendoli monostrato. Il propulsore iniziò ad essere installato nel 1967 sui modelli Cosmo sportivi di lusso ...

All'inizio degli anni '70, Mazda introdusse un'intera linea di auto con motore Wankel, un sogno infranto dalla crisi petrolifera del 1973. Ho dovuto ridurre l'appetito e lasciare il motore dove era più necessario: alla luce coupé sportivo Mazda RX-7. Dal 1978 al 2002, più di 800.000 di queste leggendarie auto sportive sono state prodotte con un motore insolito che non aveva altri analoghi.

Dalla Germania al Giappone, dal Giappone all'URSS: questo è il percorso del motore sviluppato negli anni '20 secolo Wankel

Amore e odio

I fan della tecnologia adorano i motori rotativi perché sono diversi. Molti appassionati di auto esperti di tecnologia avevano un certo debole per un motore così strano che funziona con carburante convenzionale, ma allo stesso tempo non sembrava un set standard di pistoni, valvole e altri elementi integrali di un motore a pistoni convenzionale.

A seconda delle specifiche del motore, il rotore eroga la potenza in modo lineare fino a 7.000-8.000 giri/min, senza intoppi, quasi allo stesso livello di coppia. Questo scaffale uniforme del momento lo distingue dalla stragrande maggioranza motori a combustione interna a pistoni, in cui c'è molta potenza alle alte velocità e la sua mancanza a quelle basse.

Anche alle case automobilistiche piaceva il motore rotativo per il suo funzionamento regolare. I rotori, ruotando attorno all'asse centrale, non creano alcuna vibrazione rispetto ai motori a pistoni, nei quali i punti superiore e inferiore della corsa del pistone sono ben visibili anche all'interno dell'auto.

Ma motore insolito- è come un cavallo selvaggio, un animale ribelle, quindi, contrariamente agli ammiratori dell'idea di Wankel, il concept ispira anche la sua parte di odio tra gli appassionati di auto e i meccanici. E, sembrerebbe, perché?

Dopotutto, il motore ha un design semplice: assente, non c'è albero a camme, non c'è un sistema di valvole familiare. Ma per semplicità, devi pagare con alta precisione nella produzione di parti. Devono essere realizzati in modo impeccabile, il che aumenta il loro costo di diverse volte rispetto ai pezzi di ricambio per motori a pistoni convenzionali. In secondo luogo, ci sono pochi di questi pezzi di ricambio in natura. E in terzo luogo, non ci sono quasi specialisti al mondo che riparerebbero i motori rotativi. A Mosca, dicono, ce ne sono un paio, ma la fila per loro è un anno avanti.

Tra gli svantaggi, si può anche nominare il lavoro peculiare di un'unità di potenza rotativa. Il design prevede la combustione dell'olio nei cilindri del motore, dove vengono iniettate piccole quantità olio motore direttamente nelle camere di combustione. Questo viene fatto per lubrificare le aree adiacenti dei rotori che ruotano a velocità vertiginosa. Il fumo bluastro che a volte esce dal tubo di scappamento è un segno di guai, spaventa le persone ignare lontano da modelli come RX-7 o 8.

Anche i motori rotativi sono preferiti oli minerali sintetico, e il loro design significa che devi aggiungere olio a questa vorace macchina di tanto in tanto per mantenerla in funzione.

Infine, quelle guarnizioni superiori del rotore che NSU non è riuscita a realizzare non sono ancora abbastanza durevoli. Una volta ogni 130-160 mila km, il motore necessita di una profonda revisione. E questo piacere, come già capisci, è costoso. E cosa sono 130.000 km? Cinque o sei anni di attività? Non sarà abbastanza!

I conducenti moderni sono anche i più sensibili agli altri svantaggi dei motori rotativi: le emissioni elevate sostanze nocive nell'atmosfera (di cui è più probabile che Greenpeace si preoccupi) e il risparmio di carburante dovuto alla tendenza del motore a non bruciare completamente la miscela aria-carburante prima di mandarla a casa (qui, ovviamente, il colpo viene inferto alle tasche del proprietario dell'auto ). Sì, i motori rotativi hanno un ottimo appetito.

Per l'RX-8, questo problema è stato parzialmente risolto posizionando le luci di scarico sui lati delle camere di combustione. Ma ora la lotta per l'ambiente si è intensificata ei miglioramenti proposti non sono bastati. Questo è stato un altro motivo per cui l'RX-8 è diventato ultima macchina con un motore Wankel sotto il cofano. È stato venduto per 10 anni, dal 2002 al 2012, ma l'ambiente l'ha ucciso.

Tempo per un ritorno

Torniamo alle voci di Mazda secondo cui la società potrebbe utilizzare una sorta di motore rotativo come "estensore" della gamma per la sua prossima auto elettrica. Questa cosa avrebbe senso.

Torna nel 2012 anno Mazda ho noleggiato 100 veicoli elettrici Demio in Giappone, erano buoni, ma hanno messo a dura prova una piccola autonomia senza ricaricare - meno di 200 km.

Dopo aver studiato il caso, nel 2013 Mazda ha creato un prototipo che ha ricevuto un piccolo motore rotativo, il vero "extender" della gamma, che ha quasi raddoppiato questa gamma. Il modello è stato chiamato "Mazda2 RE Range Extender".

Le ruote del prototipo sono state guidate da motore elettrico e un motore rotativo da 0,33 litri da 38 cavalli funzionava per ricaricare le batterie del motore elettrico se erano scariche e non c'era posto per ricaricare nelle vicinanze.

Poiché il motore rotativo non poteva inviare potenza alle ruote, la Mazda2 RE non era un ibrido come la Volt o la Prius. L'unità di potenza Wankel era più probabilmente un generatore di bordo che aggiungeva potenza alle batterie.

Motore a pistoni rotanti (RPD) o motore Wankel. Motore a combustione interna sviluppato da Felix Wankel nel 1957 in collaborazione con Walter Freude. In RPD, la funzione di un pistone è svolta da un rotore a tre vertici (triedrico), che esegue movimenti di rotazione all'interno di una cavità di forma complessa. Dopo un'ondata di modelli sperimentali di auto e motociclette caduta negli anni '60 e '70 del XX secolo, l'interesse per l'RPD è diminuito, sebbene alcune aziende stiano ancora lavorando per migliorare il design del motore Wankel. Attualmente, gli RPD sono dotati di autovetture Mazda. Il motore a pistoni rotanti trova applicazione nel modellismo.

Principio di funzionamento

La forza di pressione del gas dalla miscela aria-carburante bruciata aziona il rotore, che è montato tramite cuscinetti sull'albero eccentrico. Il movimento del rotore rispetto all'alloggiamento del motore (statore) viene effettuato tramite una coppia di ingranaggi, uno dei quali, taglia più grande, è fissato sulla superficie interna del rotore, il secondo supporto, più piccolo, è fissato rigidamente alla superficie interna del coperchio laterale del motore. L'interazione degli ingranaggi porta al fatto che il rotore compie movimenti eccentrici circolari, a contatto con i bordi della superficie interna della camera di combustione. Di conseguenza, tra il rotore e l'alloggiamento del motore si formano tre camere isolate di volume variabile, in cui avvengono i processi di compressione della miscela aria-carburante, la sua combustione, l'espansione dei gas che esercitano pressione sulla superficie di lavoro del rotore e la purificazione del avviene la camera di combustione dai gas di scarico. Il moto rotatorio del rotore viene trasmesso ad un albero eccentrico montato su cuscinetti e che trasmette la coppia ai meccanismi di trasmissione. Nell'RPD lavorano quindi contemporaneamente due coppie meccaniche: la prima regola il movimento del rotore ed è costituita da una coppia di ingranaggi; e il secondo - convertire il movimento circolare del rotore in rotazione dell'albero eccentrico. Il rapporto di trasmissione degli ingranaggi del rotore e dello statore è 2:3, quindi per uno giro completo albero eccentrico, il rotore ha il tempo di ruotare di 120 gradi. A sua volta, per un giro completo del rotore in ciascuna delle tre camere formate dalle sue facce, si compie un ciclo completo a quattro tempi del motore a combustione interna.
Schema RPD
1 - finestra di ingresso; 2 finestre di uscita; 3 - corpo; 4 - camera di combustione; 5 - attrezzatura fissa; 6 - rotore; 7 - ruota dentata; 8 - albero; 9 - candela

Vantaggi dell'RPD

Il vantaggio principale di un motore a pistoni rotanti è la sua semplicità di progettazione. In RPD del 35-40 percento meno dettagli che a pistone motore a quattro tempi. Non ci sono pistoni, bielle, albero motore in RPD. Nella versione "classica" dell'RPD non esiste un meccanismo di distribuzione del gas. La miscela aria-carburante entra nella cavità di lavoro del motore attraverso la finestra di ingresso, che apre il bordo del rotore. I gas di scarico vengono espulsi attraverso la luce di scarico, che attraversa, ancora una volta, il bordo del rotore (questo ricorda il dispositivo di distribuzione del gas di un motore a pistoni a due tempi).
Una menzione a parte merita il sistema di lubrificazione, praticamente assente nella versione più semplice dell'RPD. L'olio viene aggiunto al carburante, come nel funzionamento dei motori motociclistici a due tempi. Le coppie di attrito (principalmente il rotore e la superficie di lavoro della camera di combustione) sono lubrificate dalla stessa miscela aria-carburante.
Poiché la massa del rotore è piccola e facilmente bilanciata dalla massa dei contrappesi dell'albero eccentrico, l'RPD è caratterizzato da un basso livello di vibrazioni e da una buona uniformità di funzionamento. Nelle auto con RPD, è più facile bilanciare il motore, ottenendo livello minimo vibrazioni, che ha un buon effetto sul comfort dell'auto nel suo complesso. I motori a doppio rotore sono particolarmente silenziosi, in cui i rotori stessi fungono da bilanciatori che riducono le vibrazioni.
Un'altra qualità interessante dell'RPD è la sua elevata potenza specifica ad alte velocità dell'albero eccentrico. Ciò consente di ottenere eccellenti caratteristiche di velocità da un'auto con RPD relativamente piccola spesa carburante. La bassa inerzia del rotore e la maggiore potenza specifica rispetto ai motori a combustione interna a pistoni migliorano la dinamica della vettura.
Infine, un importante vantaggio dell'RPD è la sua piccola dimensione. Un motore rotativo è circa la metà delle dimensioni di un motore a quattro tempi a pistoni della stessa potenza. E ti consente di sfruttare meglio lo spazio. vano motore, calcolare più accuratamente la posizione delle unità di trasmissione e il carico sugli assi anteriore e posteriore.

Svantaggi dell'RPD

Il principale svantaggio di un motore a pistoni rotanti è la bassa efficienza delle guarnizioni di tenuta tra il rotore e la camera di combustione. Il rotore RPD di forma complessa richiede guarnizioni affidabili non solo lungo i bordi (e ce ne sono quattro su ciascuna superficie - due lungo la parte superiore, due lungo le facce laterali), ma anche lungo la superficie laterale a contatto con i coperchi del motore . In questo caso, le guarnizioni sono realizzate sotto forma di strisce di acciaio altolegato caricate a molla con una lavorazione particolarmente precisa sia delle superfici di lavoro che delle estremità. Le tolleranze per l'espansione del metallo dal riscaldamento che sono incorporate nel design delle guarnizioni peggiorano le loro caratteristiche - è quasi impossibile evitare la rottura del gas nelle sezioni terminali delle piastre di tenuta (nei motori a pistoni, l'effetto labirinto viene utilizzato impostando O-ring lacune in diverse direzioni).
A l'anno scorso l'affidabilità delle guarnizioni è aumentata notevolmente. I progettisti hanno trovato nuovi materiali per le guarnizioni. Tuttavia, non è ancora necessario parlare di alcuna svolta. I sigilli sono ancora il collo di bottiglia dell'RPD.
Il complesso sistema di tenuta del rotore richiede un'efficiente lubrificazione delle superfici di attrito. RPD consuma più olio di un motore a pistoni a quattro tempi (da 400 grammi a 1 chilogrammo per 1000 chilometri). In questo caso, l'olio brucia insieme al carburante, il che influisce negativamente sulla compatibilità ambientale dei motori. Ci sono più sostanze pericolose per la salute umana nei gas di scarico dell'RPD che nei gas di scarico dei motori a pistoni.
Requisiti speciali sono imposti anche sulla qualità degli oli utilizzati in RPD. Ciò è dovuto, in primo luogo, alla tendenza a maggiore usura(a causa dell'ampia area delle parti a contatto - il rotore e la camera interna del motore), e in secondo luogo, al surriscaldamento (di nuovo, a causa dell'aumento dell'attrito e delle ridotte dimensioni del motore stesso). I cambi d'olio irregolari sono mortali per gli RPD, poiché le particelle abrasive nell'olio vecchio aumentano notevolmente l'usura del motore e l'ipotermia del motore. L'avviamento di un motore freddo e un riscaldamento insufficiente portano alla scarsa lubrificazione nella zona di contatto delle guarnizioni del rotore con la superficie della camera di combustione e dei coperchi laterali. Se un motore a pistoni si blocca quando è surriscaldato, l'RPD si verifica più spesso durante l'avviamento a freddo del motore (o durante la guida a basse temperature, quando il raffreddamento è eccessivo).
In genere temperatura di lavoro L'RPD è superiore a quello dei motori a pistoni. La zona più sollecitata termicamente è la camera di combustione, che ha un piccolo volume e, di conseguenza, temperatura elevata, il che rende difficile l'accensione della miscela aria-carburante (gli RPD sono soggetti a detonazione a causa della forma estesa della camera di combustione, che può anche essere attribuita agli svantaggi di questo tipo di motore). Da qui l'esattezza di RPD sulla qualità delle candele. Di solito sono installati in questi motori in coppia.
Motori a pistoni rotanti di ottima potenza e caratteristiche di velocità sono meno flessibili (o meno elastici) del pistone. Emettono potenza ottimale solo a velocità sufficientemente elevate, il che costringe i progettisti a utilizzare RPD in tandem con riduttori multistadio e complica il progetto scatole automatiche ingranaggi. In definitiva, gli RPD non sono così economici come dovrebbero essere in teoria.

Applicazione pratica nell'industria automobilistica

Gli RPD sono stati ampiamente utilizzati alla fine degli anni '60 e all'inizio degli anni '70 del secolo scorso, quando il brevetto per il motore Wankel è stato acquistato da 11 principali case automobilistiche del mondo.
Nel 1967, la società tedesca NSU ha prodotto un serial un'automobile classe business NSU Ro 80. Questo modello è stato prodotto per 10 anni e venduto in tutto il mondo per un totale di 37204 esemplari. L'auto era popolare, ma le carenze dell'RPD installato in essa, alla fine, hanno rovinato la reputazione di questa meravigliosa macchina. Sullo sfondo di concorrenti durevoli, il modello NSU Ro 80 sembrava "pallido": il chilometraggio prima della revisione del motore non superava i 50mila chilometri con i 100mila chilometri dichiarati.
Preoccupazione Citroen, Mazda, VAZ hanno sperimentato RPD. Il più grande successo è stato ottenuto da Mazda, che ha lanciato la sua autovettura con RPD nel 1963, quattro anni prima dell'introduzione della NSU Ro 80. Oggi, Mazda equipaggia le auto sportive della serie RX con RPD. Auto moderne Mazda RX-8 è liberata da molte delle carenze del Felix Wankel RPD. Sono abbastanza rispettosi dell'ambiente e affidabili, sebbene siano considerati "capricciosi" tra i proprietari di auto e gli specialisti delle riparazioni.

Applicazione pratica nel settore motociclistico

Negli anni '70 e '80, alcuni produttori di motociclette hanno sperimentato l'RPD: Hercules, Suzuki e altri. Attualmente, la produzione su piccola scala di motociclette "rotative" è stata stabilita solo presso Norton, che produce il modello NRV588 e si sta preparando per produzione seriale moto NRV700.
Norton NRV588 è una moto sportiva dotata di un motore a doppio rotore con un volume totale di 588 centimetri cubi e che sviluppa una potenza di 170 cavalli. Con un peso a secco di una motocicletta di 130 kg, il rapporto peso/potenza di una moto sportiva sembra letteralmente proibitivo. Il motore di questa macchina è dotato di sistemi tratto di aspirazione iniezione variabile ed elettronica. Tutto ciò che si sa del modello NRV700 è che la potenza RPD di questa moto sportiva raggiungerà i 210 CV.