Động cơ quay: nguyên lý hoạt động. Ưu và nhược điểm của động cơ quay

Mục lục:

Động cơ quay: nguyên lý hoạt động. Ưu và nhược điểm của động cơ quay
Động cơ quay: nguyên lý hoạt động. Ưu và nhược điểm của động cơ quay
Anonim

Với việc phát minh ra động cơ đốt trong, tiến bộ trong quá trình phát triển của ngành công nghiệp ô tô đã có những bước tiến xa. Mặc dù thực tế là cấu trúc chung của động cơ đốt trong vẫn được giữ nguyên, nhưng các đơn vị này đã không ngừng được cải tiến. Cùng với những động cơ này, các đơn vị kiểu quay tiến bộ hơn đã xuất hiện. Nhưng tại sao chúng vẫn chưa trở nên phổ biến trong thế giới ô tô? Chúng tôi sẽ xem xét câu trả lời cho câu hỏi này trong bài viết.

Lịch sử xuất hiện của tập hợp

Động cơ quay được thiết kế và thử nghiệm bởi các nhà phát triển Felix Wankel và W alter Freude vào năm 1957. Chiếc xe đầu tiên mà bộ phận này được lắp đặt là chiếc xe thể thao NSU Spyder. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng với công suất động cơ 57 mã lực, chiếc xe này có thể tăng tốc lên tới 150 km / h. Việc sản xuất những chiếc xe "Spider" được trang bị động cơ quay 57 mã lực kéo dài khoảng 3 năm.

nguyên lý làm việc của động cơ quay
nguyên lý làm việc của động cơ quay

Sau đó, loại động cơ này bắt đầu được trang bị cho xe NSU Ro-80. Sau đó, động cơ quay đã được lắp đặt trên Citroens, Mercedes, VAZs và Chevrolets.

Một trong những chiếc xe có động cơ quay phổ biến nhất là mẫu xe thể thao Nhật Bản Mazda Cosmo Sport. Ngoài ra, người Nhật cũng bắt đầu trang bị động cơ này cho mẫu RX. Nguyên tắc hoạt động của động cơ quay (Mazda RX) là quay rôto liên tục với sự thay đổi chu kỳ làm việc. Nhưng nhiều hơn về điều đó sau.

Tại thời điểm hiện tại, nhà sản xuất ô tô Nhật Bản không tham gia sản xuất hàng loạt xe có động cơ quay. Mẫu xe cuối cùng được lắp động cơ như vậy là Mazda RX8 phiên bản sửa đổi Spirit R. Tuy nhiên, vào năm 2012, việc sản xuất phiên bản này của chiếc xe đã bị ngừng.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Nguyên tắc hoạt động của động cơ quay là gì? Loại động cơ này được phân biệt bởi chu trình hoạt động 4 kỳ, giống như động cơ đốt trong cổ điển. Tuy nhiên, nguyên lý hoạt động của động cơ piston quay hơi khác so với động cơ piston thông thường.

Tính năng chính của động cơ này là gì? Động cơ quay Stirling có trong thiết kế của nó không phải 2, không phải 4 và không phải 8 piston, mà chỉ có một. Nó được gọi là rôto. Phần tử này quay trong một hình trụ có hình dạng đặc biệt. Rôto được lắp trên trục và nối với bánh răng. Sau này có một ly hợp bánh răng với một bộ khởi động. Phần tử quay dọc theo một đường cong biểu mô. Tức là, các cánh quạt luân phiên bao phủ buồng xi lanh. Trong trường hợp thứ hai, quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra. Nguyên lý hoạt động của động cơ quay (bao gồm cả Mazda Cosmo Sport) là trong một vòng quay cơ cấu sẽ đẩy ba cánh hoa hình tròn cứng. Khi bộ phận quay trong cơ thể, ba ngăn bên trong thay đổi kích thước của chúng. Bằng cách thay đổi kích thước, một áp suất nhất định được tạo ra trong các khoang.

Giai đoạn làm việc

Động cơ quay hoạt động như thế nào? Nguyên lý hoạt động (ảnh-g.webp

  1. Cung cấp nhiên liệu. Đây là giai đoạn đầu tiên của động cơ. Nó xảy ra tại thời điểm khi đỉnh của rôto ở ngang với lỗ cấp liệu. Khi buồng mở với ngăn chính, thể tích của nó đạt đến mức tối thiểu. Ngay sau khi rôto quay qua nó, hỗn hợp nhiên liệu-không khí sẽ đi vào khoang. Sau đó, căn phòng sẽ đóng cửa trở lại.
  2. Nén. Khi rôto tiếp tục chuyển động, không gian trong ngăn giảm dần. Do đó, một hỗn hợp không khí và nhiên liệu được nén lại. Ngay sau khi cơ cấu đi qua khoang chứa bugi, thể tích của khoang lại giảm xuống. Tại thời điểm này, hỗn hợp bốc cháy.
  3. Đánh lửa. Thông thường, động cơ quay (bao gồm cả VAZ-21018) có một số bugi. Điều này là do chiều dài của buồng đốt lớn. Ngay sau khi ngọn nến đốt cháy hỗn hợp dễ cháy, mức độ áp suất bên trong tăng lên gấp mười lần. Do đó, rôto được dẫn động trở lại. Hơn nữa, áp suất trong buồng và lượng khí tiếp tục tăng lên. Tại thời điểm này, rôto chuyển động và mô-men xoắn được tạo ra. Điều này tiếp tục cho đến khi cơ chế đi qua buồng xả.
  4. Khí thải. Khi rôto đi qua ngăn này, khí áp suất cao bắt đầu chuyển động tự do vào ống xả. Trong trường hợp này, chuyển động của cơ chế không dừng lại. Rôto quay ổn định cho đến khi thể tích của buồng đốt lại giảm xuống mức tối thiểu. Lúc này, lượng khí thải còn lại sẽ được ép ra khỏi động cơ.
Động cơ quay VAZ
Động cơ quay VAZ

Đây chính xác là nguyên lý hoạt động của động cơ quay. VAZ-2108, trên đó cũng được gắn RPD, giống như Mazda Nhật Bản, được phân biệt bởi sự vận hành êm ái của động cơ và hiệu suất năng động cao. Nhưng sửa đổi này không bao giờ được đưa vào sản xuất hàng loạt. Vì vậy, chúng tôi đã tìm ra nguyên lý hoạt động của động cơ quay là gì.

Nhược điểm và ưu điểm

Không có gì lạ khi động cơ này lại thu hút sự chú ý của nhiều hãng xe đến vậy. Nguyên lý làm việc và thiết kế đặc biệt của nó có một số ưu điểm so với các loại động cơ đốt trong khác.

Vậy ưu và nhược điểm của động cơ quay là gì? Hãy bắt đầu với những lợi ích rõ ràng. Thứ nhất, động cơ quay có thiết kế cân bằng nhất, và do đó thực tế không gây ra rung động cao trong quá trình hoạt động. Thứ hai, động cơ này có trọng lượng nhẹ hơn và độ đầm chắc hơn, và do đó việc lắp đặt nó đặc biệt phù hợp với các nhà sản xuất xe thể thao. Ngoài ra, trọng lượng thấp của thiết bị giúp các nhà thiết kế có thể đạt được sự phân bổ trọng lượng lý tưởng của tải trọng trục. Do đó, một chiếc xe với động cơ này trở nên ổn định và cơ động hơn trên đường.

cách hoạt động của động cơ quay mazda
cách hoạt động của động cơ quay mazda

Và tất nhiên, không gian thiết kế. Mặc dù có cùng số chu kỳ hoạt động nhưng thiết bị của động cơ này đơn giản hơn nhiều so với động cơ có piston. Để tạo ra một động cơ quay, cần có một số thành phần và cơ cấu tối thiểu.

Tuy nhiên, con át chủ bài chính của động cơ này không phải là trọng lượng và độ rung thấp, mà là hiệu suất cao của nó. Do nguyên lý hoạt động đặc biệt, động cơ quay có công suất và hiệu suất cao hơn.

Bây giờ cho những nhược điểm. Hóa ra chúng còn nhiều hơn lợi thế. Lý do chính khiến các nhà sản xuất từ chối mua động cơ như vậy là do tiêu thụ nhiên liệu cao. Trung bình, cho một trăm km, một đơn vị như vậy tiêu tốn tới 20 lít nhiên liệu, và bạn thấy đây là một khoản chi phí đáng kể theo tiêu chuẩn ngày nay.

Khó khăn khi sản xuất các bộ phận

Ngoài ra, điều đáng chú ý là chi phí sản xuất các bộ phận cho động cơ này rất cao, điều này được giải thích là do sự phức tạp của quá trình sản xuất rôto. Để cơ chế này đi qua đường cong biểu mô một cách chính xác, cần có độ chính xác hình học cao (kể cả đối với hình trụ). Vì vậy, trong chế tạo động cơ quay, không thể thực hiện được nếu không có thiết bị chuyên dụng đắt tiền và kiến thức đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật. Theo đó, tất cả các chi phí này đã được bao gồm trong giá xe từ trước.

Quá nóng và tải cao

Ngoài ra, do thiết kế đặc biệt, thiết bị này thường bị quá nhiệt. Toàn bộ vấn đề là hình dạng thấu kính của buồng đốt.

động cơ quay
động cơ quay

Ngược lại, động cơ đốt trong cổ điển có thiết kế buồng hình cầu. Nhiên liệu đốt trong cơ cấu dạng thấu kính được chuyển hóa thành nhiệt năng, không chỉ tiêu hao cho hành trình làm việc mà còn dùng để đốt nóng xi-lanh. Cuối cùng, việc "đun sôi" thường xuyên của thiết bị dẫn đến sự hao mòn và hỏng hóc nhanh chóng.

Nguồn

Không chỉ xi lanh chịu được tải nặng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong quá trình hoạt động của rôto, một phần đáng kể của tải rơi vào các vòng đệm nằm giữa các vòi phun của cơ cấu. Chúng chịu áp suất giảm liên tục nên tuổi thọ động cơ tối đa không quá 100-150 nghìn km.

nguyên lý hoạt động của động cơ quay trên vaz
nguyên lý hoạt động của động cơ quay trên vaz

Sau đó, động cơ cần được đại tu lớn, chi phí này đôi khi tương đương với việc mua một chiếc mới.

Tiêu hao dầu

Ngoài ra, động cơ quay rất cần được bảo dưỡng.

nguyên lý hoạt động của động cơ piston quay
nguyên lý hoạt động của động cơ piston quay

Nó có mức tiêu thụ dầu hơn 500 mililít trên 1 nghìn km, điều này khiến nó phải đổ đầy chất lỏng sau mỗi 4-5 nghìn km.km đã chạy. Nếu bạn không thay thế kịp thời, mô tơ sẽ bị hỏng. Đó là, vấn đề bảo dưỡng động cơ quay phải được tiếp cận một cách có trách nhiệm hơn, nếu không, sai sót nhỏ nhất cũng dẫn đến việc sửa chữa thiết bị tốn kém.

Giống

Hiện tại, có năm loại kết hợp này:

  1. Động cơ rôto với chuyển động của trục pittông.
  2. Với trục quay đều. Đồng thời, không có cơ cấu niêm phong nào được sử dụng trong thiết kế của nó. Vị trí của các buồng đốt chúng có kiểu xoắn ốc.
  3. nguyên lý hoạt động của động cơ quay nhược điểm và ưu điểm
    nguyên lý hoạt động của động cơ quay nhược điểm và ưu điểm
  4. Các đơn vị có chuyển động quay-quay theo 1 hướng.
  5. Với trục quay hành tinh, không có bộ phận làm kín. Một ví dụ nổi bật về điều này là động cơ Wankel.
  6. RPD với hoạt động đồng nhất của các phần tử làm việc và kiểu sắp xếp xoắn ốc của các buồng đốt.

Động cơ quay (VAZ-21018-2108)

Lịch sử hình thành động cơ đốt trong quay VAZ bắt đầu từ năm 1974. Sau đó, văn phòng thiết kế RPD đầu tiên được thành lập. Tuy nhiên, động cơ đầu tiên do các kỹ sư của chúng tôi phát triển có thiết kế tương tự như động cơ Wankel được trang bị trên những chiếc sedan NSU Ro80 nhập khẩu. Đối tác của Liên Xô được đặt tên là VAZ-311. Đây là động cơ quay đầu tiên của Liên Xô. Nguyên lý hoạt động trên ô tô VAZ của động cơ này có cùng thuật toán hoạt động Wankel RPD.

Chiếc xe đầu tiên lắp động cơ này là phiên bản sửa đổi VAZ 21018. Chiếc xe thực tế không khác "tổ tiên" của nó - mẫu 2101 - ngoại trừ động cơ đốt trong được sử dụng. Dưới mui xe của sự mới lạ là một RPD một phần với công suất 70 mã lực. Tuy nhiên, kết quả của quá trình nghiên cứu trên tất cả 50 mẫu xe, rất nhiều lỗi động cơ đã được tìm thấy, khiến nhà máy Volzhsky từ chối sử dụng loại động cơ đốt trong này trên ô tô của mình trong vài năm tới.

nguyên lý làm việc động cơ quay
nguyên lý làm việc động cơ quay

Nguyên nhân chính của các trục trặc RPD trong nước là các con dấu không đáng tin cậy. Tuy nhiên, các nhà thiết kế Liên Xô đã quyết định cứu dự án này bằng cách trình làng thế giới một động cơ quay 2 phần mới VAZ-411. Sau đó, một động cơ đốt trong của nhãn hiệu VAZ-413 đã được phát triển. Sự khác biệt chính của họ là quyền lực. Bản sao đầu tiên phát triển lên đến 120 mã lực, bản thứ hai - khoảng 140. Tuy nhiên, các đơn vị này không được đưa vào loạt phim một lần nữa. Nhà máy quyết định chỉ đặt chúng trên những chiếc xe chính thức được sử dụng bởi cảnh sát giao thông và KGB.

Động cơ cho hàng không, "số tám" và "số chín"

Trong những năm sau đó, các nhà phát triển đã cố gắng tạo ra một động cơ quay cho máy bay nhỏ trong nước, nhưng mọi nỗ lực đều không thành công. Do đó, các nhà thiết kế lại tiếp tục phát triển động cơ cho xe du lịch (nay là dẫn động cầu trước) VAZ series 8 và 9. Không giống như những động cơ tiền nhiệm, động cơ VAZ-414 và 415 mới được phát triển rất phổ biến và có thể được sử dụng trên các xe dẫn động cầu sau như Volga, Moskvich, v.v.

Đặc điểm của RPD VAZ-414

nguyên lý hoạt động của động cơ quay nhược điểm và ưu điểm
nguyên lý hoạt động của động cơ quay nhược điểm và ưu điểm

Lần đầu tiên động cơ này xuất hiện trên "số chín" chỉ vào năm 1992. So với "tổ tiên" của nó, động cơ này có những ưu điểm sau:

  • Công suất cụ thể cao, giúp xe có thể quay số "hàng trăm" chỉ trong 8-9 giây.
  • Hiệu quả tuyệt vời. Có thể đạt tới 110 mã lực từ một lít nhiên liệu bị đốt cháy (và điều này không có bất kỳ sự ép buộc và nhàm chán bổ sung nào đối với khối xi lanh).
  • Khả năng ép buộc cao. Với các cài đặt phù hợp, có thể tăng công suất động cơ lên vài chục mã lực.
  • Động cơ tốc độ cao. Một động cơ như vậy có thể hoạt động ngay cả ở tốc độ 10.000 vòng / phút. Dưới tải trọng như vậy, chỉ có một động cơ quay mới có thể hoạt động. Nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong cổ điển không cho phép chúng hoạt động trong thời gian dài ở tốc độ cao.
  • Mức tiêu hao nhiên liệu tương đối thấp. Nếu các bản trước "ngốn" khoảng 18-20 lít nhiên liệu cho mỗi "trăm" thì bản này chỉ tiêu thụ trung bình 14-15 khi vận hành.

Tình huống hôm nay với RPD tại Nhà máy ô tô Volga

Tất cả các động cơ được mô tả ở trên đều không được phổ biến rộng rãi, và ngay sau đó việc sản xuất của chúng đã bị cắt giảm. Trong tương lai, Nhà máy ô tô Volga không có kế hoạch hồi sinh việc phát triển động cơ quay. Vì vậy, RPD VAZ-414 sẽ vẫn là một tờ giấy vụn trong lịch sử ngành kỹ thuật trong nước.

Vì vậy, chúng tôi đã tìm ra động cơ quay có nguyên lý hoạt động và thiết bị nào.

Đề xuất: