Pyörivä moottori ( RD , RDVS , Wankel engine ) on pyörivä polttomoottori , jonka suunnittelun kehitti vuonna 1957 NSU : n insinööri Walter Freude . Hän keksi myös idean tähän malliin. Moottori kehitettiin yhteistyössä Felix Wankelin kanssa , joka työskenteli pyörivän mäntämoottorin erilaisen suunnittelun parissa [1] .
Moottorin ominaisuus on kolmiulotteisen roottorin (männän) käyttö, joka on Reuleaux-kolmion muotoinen ja pyörii erityisen profiilin sylinterin sisällä, jonka pinta on tehty epitrokoidia pitkin (muut roottorin muodot ja sylinterit ovat myös mahdollisia [2] ).
Akseliin asennettu roottori on kytketty jäykästi hammaspyörään, joka kytkeytyy kiinteään vaihteeseen - staattoriin. Roottorin halkaisija on paljon suurempi kuin staattorin halkaisija, tästä huolimatta roottori hammaspyörällä pyörii hammaspyörän ympäri. Jokainen kolmikulmaisen roottorin kärjestä liikkuu sylinterin epitrokoidista pintaa pitkin ja leikkaa pois sylinterin kammioiden vaihtelevat tilavuudet käyttämällä kolmea säteittäistä tiivistettä.
Tämä rakenne mahdollistaa minkä tahansa 4-tahtisen diesel- , Stirling- tai Otto -syklin suorittamisen ilman erityistä kaasunjakomekanismia. Kammioiden tiivistys saadaan aikaan säteittäis- ja päätytiivistelevyillä, jotka painetaan sylinteriä vasten keskipakovoimilla, kaasunpaineella ja nauhajousilla. Kaasunjakelumekanismin puuttuminen tekee moottorista paljon yksinkertaisemman kuin nelitahtinen mäntämoottori, ja rajapinnan puuttuminen (kampikammiotila, kampiakseli ja kiertokanget ) yksittäisten työkammioiden välillä takaa poikkeuksellisen kompaktin ja suuren tehotiheyden. Yhdelle epäkeskoakselin kierrokselle moottori suorittaa yhden työjakson, joka vastaa kaksitahtisen mäntämoottorin toimintaa. Yhdellä roottorin kierroksella epäkeskoakseli suorittaa 3 kierrosta ja 3 tehoiskua, mikä johtaa virheellisiin vertailuihin pyörivän moottorin ja kuusisylinterisen mäntämoottorin välillä.
Seoksen muodostus, sytytys , voitelu, jäähdytys ja käynnistys ovat pohjimmiltaan samat kuin perinteisessä mäntäpolttomoottorissa .
Käytännön sovelluksen saivat moottorit, joissa on kolmikulmaiset roottorit, joiden vaihteiden ja vaihteistosäteiden suhde: R: r = 2: 3, jotka asennetaan autoihin, veneisiin jne.
RPD:llä varustetut autot kuluttavat 7-20 litraa polttoainetta 100 km:llä ajotavasta riippuen, öljyä 0,4-1 litraa 1000 km:tä kohti.
Wankel-moottori käyttää nelitahtisykliä :
Syklin samankaltaisuudesta huolimatta polttoaine-ilmaseoksen palamisdynamiikka pyörivässä mäntämoottorissa (RPD) on hyvin erilainen kuin perinteisessä mäntämoottorissa.
Mäntämoottorissa (PD) polttoaine- ilmapanos , joka kulkee sylinteriin venttiilin kautta imuvaiheessa, saa suuren turbulenssin , joka kasvaa kampiakselin nopeuden kasvaessa , mikä vaikuttaa suotuisasti seoksen palamisen täydellisyyteen. RPD:ssä turbulenssi on pienempi ja sytytyshetkellä seoksen pääpanos ennen roottorin pyörimistä palaa nopeasti pois, kun taas työontelon takaosa jää palamatta ja vapautuu ilmakehään. Tämä selittää 6-8 kertaa suuremman palamattomien hiilivetyjen päästöjen prosenttiosuuden ilmakehään verrattuna mäntämoottoreihin.
Toinen ero RPD-työjakson ja PD-työjakson välillä on maksimilämmön vapautumishetken siirtymä polttokammiossa paisuntalinjaan ylimmän kuolokohdan läpi kulkemisen jälkeen . Siksi syklin maksimilämpötilat samalla puristussuhteella ovat RPD:illä alhaisemmat ja pakokaasuvaiheessa pakokaasujen lämpötila on 200–250 °C korkeampi kuin mäntämoottoreilla. Tämä on termodynaamisesti epäedullista ja johtaa tehokkuuden lisäalenemiseen , mutta samaan aikaan tästä syystä typen oksidipäästöt RPD:stä ovat 20 % pienemmät, ja samoilla puristussuhteilla RPD pystyy toimimaan ilman räjähdys polttoaineella, jonka oktaaniluku on 15 yksikköä pienempi kuin mäntämoottorilla.
RPD:n puutteet eliminoidaan monimutkaisemalla ruiskutusjärjestelmiä, luomalla polttoaine-ilmaseoksen kerrostuminen polttokammioon jne. [3]
Edut mäntämoottoreihin verrattuna:
Koska edestakaisliikettä ei muunneta pyöriväksi liikkeeksi, Wankel-moottori pystyy kestämään paljon suurempia nopeuksia kuin perinteiset moottorit. Pyörivien mäntämoottoreiden teho on suurempi pienellä polttokammion tilavuudella, kun taas moottorin rakenne itsessään on suhteellisen pieni ja sisältää vähemmän osia. Pieni koko parantaa käsiteltävyyttä, helpottaa vaihteiston optimaalista sijaintia (painon jakautuminen) ja antaa sinun tehdä autosta tilavamman kuljettajalle ja matkustajille.
Haitat :
Moottori kehitettiin alun perin erityisesti ajoneuvoissa käytettäväksi. Ensimmäinen tuotantoauto pyörivällä moottorilla oli saksalainen urheiluauto NSU Spider .
Ensimmäinen massa (37204 kpl) on saksalainen bisnesluokan sedan NSU Ro 80 . Autossa oli moottorin lisäksi tarpeeksi innovaatioita, erityisesti kori, jolla oli ennätysalhainen aerodynaaminen vastus, puoliautomaattinen vaihdelaatikko vääntömomentinmuuntimella, lohkoajovalot ja niin edelleen. Ro 80:ssä ei ollut vain ainutlaatuinen muotoilu, vaan myös edistyksellinen muotoilu, joka osoittautui 1960-luvun puolivälin yleisölle käsittämättömäksi (katso NSU Ro 80 ); kymmenen vuotta myöhemmin hän oli perusta Audi 100- ja 200-sukupolvien C2- mallien tyylille .
Moottorin resurssit osoittautuivat erittäin pieneksi (korjauksia vaadittiin noin 50 tuhannen km:n ajon jälkeen), joten auto ansaitsi huonon maineen ja siitä tuli surullisen kuuluisa. Monissa säilyneissä autoissa alkuperäinen moottori korvattiin Ford L4 "Essex" mäntämoottorilla .
Citroën on myös kokeillut RPD:itä, Citroën M35 -projektia .
Sen jälkeen Wankel-pyörivien mäntämoottoreiden sarja- ja pienimuotoista tuotantoa harjoittivat vain Mazda (Japani) ja VAZ (Neuvostoliitto) [4] .
Mazdan insinöörit, jotka loivat pyörivän mäntämoottorin Renesis (johdettu sanoista ( eng. Rotary Engine: rotary engine ja Genesis: muodostumisprosessi , nimi puhuu uuden moottoriluokan syntymisestä), onnistuivat ratkaisemaan tärkeimmän tällaisten moottoreiden ongelmat - pakokaasun myrkyllisyys ja epätaloudellinen Verrattuna edeltäjiin moottoreihin oli mahdollista vähentää öljyn kulutusta 50%, bensiinin 40% ja saattaa haitallisten oksidien päästöt Euro IV -standardien mukaisiksi.Kaksikammioinen Renesis-moottori, jonka tilavuus vain 1,3 litrainen tuottaa 250 hv ja vie vähän tilaa moottoritilassa.Seuraavan mallin Renesis 2 16X -moottorin tilavuus on 1,6 litraa, ja suuremmalla teholla se lämpenee vähemmän.
Mazda-merkkiset autot, joiden nimessä on kirjaimet RE (ensimmäiset kirjaimet nimestä "Renesis"), voivat käyttää polttoaineena sekä bensiiniä että vetyä (koska se on vähemmän herkkä räjähdykselle kuin perinteinen edestakaisin liikkuvaa mäntämoottoria käyttävä moottori). Tämä oli toinen kierros, jossa kehittäjät kiinnittivät enemmän huomiota RPD:hen.
Huolimatta useista yrityksistä asentaa Wankel-moottori lentokoneisiin (prototyyppejä on testattu eri maissa 1950-luvulta lähtien), se ei ole löytänyt laajaa käyttöä ilmailussa. Tällä hetkellä (2011) Wankel-moottori on asennettu joihinkin Schleicher - moottoripurjelentokoneiden malleihin.
Siellä on brittiläinen 38 hv AR731-moottori, joka on suunniteltu erityisesti kamikaze-drooneille tai muille törmäys- tai lyhytikäisille droneille. Moottorissa on kiinalainen kopio MDR-208:sta, jota puolestaan kopioidaan Iranissa nimellä Shahed-783. Tätä moottoria käytetään Shahed-131 dronissa, joka tunnetaan Venäjällä nimellä "Geran-1".
Vuonna 2019 venäläiset tutkijat Central Institute of Aviation Motorsista. P. I. Baranov ja Foundation for Advanced Research ratkaisivat moottorin nopean kulumisen ongelman luomalla RPD:t, jotka perustuvat uuden sukupolven materiaaleihin - keraamiseen matriisiin ja metalli - keraamimatriisikomposiitteihin . Testitulosten mukaan näiden elementtien kuluminen on mitätöntä. Kaikki säilyttivät suorituskykynsä, mikä vahvisti mahdollisuuden ja mahdollisuudet käyttää komposiittimateriaaleja kuormitetuimpien ja ongelmallisimpien RPD-elementtien valmistukseen. Uudessa kotimoottorissa on myös turboahdin, jossa on ilmajäähdytys ja uusi, erityisesti RPD:tä varten kehitetty ohjausjärjestelmä. [5]
RPD Neuvostoliitto/Venäjä