Rotační motor ( RD , RDVS, Wankelův motor ) je rotační spalovací motor , jehož konstrukci vyvinul v roce 1957 inženýr NSU Walter Freude . I on přišel s nápadem na tento design. Motor byl vyvinut ve spolupráci s Felixem Wankelem , který pracoval na odlišné konstrukci motoru s rotačním pístem [1] .
Charakteristickým rysem motoru je použití třístěnného rotoru (pístu), který má tvar Reuleauxova trojúhelníku , rotujícího uvnitř válce speciálního profilu, jehož povrch je vytvořen podél epitrochoidu (jiné formy rotoru a válec jsou také možné [2] ).
Rotor uložený na hřídeli je pevně spojen s ozubeným kolem, které zabírá s pevným ozubeným kolem - statorem. Průměr rotoru je mnohem větší než průměr statoru, přesto se rotor s ozubeným kolem odvaluje kolem ozubeného kola. Každý z vrcholů trojstěnného rotoru se pohybuje po epitrochoidálním povrchu válce a odřezává proměnlivé objemy komor ve válci pomocí tří radiálních těsnění.
Tato konstrukce umožňuje provádět jakýkoli 4taktní dieselový , Stirlingův nebo Ottov cyklus bez použití speciálního mechanismu distribuce plynu. Těsnění komor zajišťují radiální a koncové těsnící desky přitlačované k válci odstředivými silami, tlakem plynu a pásovými pružinami. Absence mechanismu rozvodu plynu činí motor mnohem jednodušším než u čtyřdobého pístového motoru a absence rozhraní (prostor klikové skříně, klikové hřídele a ojnice ) mezi jednotlivými pracovními komorami zajišťuje mimořádnou kompaktnost a vysokou hustotu výkonu. Na jednu otáčku excentrického hřídele vykoná motor jeden pracovní cyklus, což je ekvivalentní provozu dvoudobého pístového motoru. Při jedné otáčce rotoru vykoná excentrický hřídel 3 otáčky a 3 silové zdvihy, což vede k chybným srovnáním mezi rotačním motorem a šestiválcovým pístovým motorem.
Tvorba směsi, zapalování , mazání, chlazení, spouštění jsou v zásadě stejné jako u konvenčního pístového spalovacího motoru.
Praktické uplatnění získaly motory s trojstěnnými rotory, s poměrem převodů a poloměrů převodů: R:r = 2:3, které se instalují na automobily, lodě atd.
Vozy s RPD spotřebují od 7 do 20 litrů paliva na 100 km, v závislosti na jízdním režimu, olej - od 0,4 litru do 1 litru na 1000 km.
Wankelův motor používá čtyřdobý cyklus :
Navzdory podobnosti cyklu je dynamika spalování směsi paliva a vzduchu v motoru s rotačním pístem (RPD) velmi odlišná od tradičního pístového motoru.
U pístového motoru (PD) získává náplň palivo-vzduch, přecházející do válce přes ventil na sacím stupni, vysokou turbulenci , která se zvyšuje s rostoucími otáčkami klikového hřídele , což příznivě ovlivňuje úplnost spalování směsi. V RPD je turbulence nižší a v okamžiku zážehu hlavní náplň směsi před rotací rotoru rychle shoří, přičemž zadní část pracovní dutiny zůstane nespálená a uvolní se do atmosféry. To vysvětluje 6-8krát vyšší procento emisí nespálených uhlovodíků do atmosféry ve srovnání s pístovými motory.
Dalším rozdílem mezi pracovním cyklem RPD a pracovním cyklem PD je posun v okamžiku maximálního výdeje tepla ve spalovací komoře do expanzní linky po průchodu horní úvratí . Proto jsou maximální teploty cyklu při stejném kompresním poměru u RPD nižší a ve výfukové fázi je teplota výfukových plynů o 200–250 °C vyšší než u pístových motorů. To je termodynamicky nepříznivé a vede to k dodatečnému snížení účinnosti , ale zároveň je z tohoto důvodu emise oxidu dusíku z RPD o 20 % nižší a při stejných kompresních poměrech je RPD schopno pracovat bez detonace na palivo s oktanovým číslem o 15 jednotek nižším než u pístového motoru.
Odstranění nedostatků RPD je dosaženo komplikovanými vstřikovacími systémy, vytvářením vrstvení směsi paliva a vzduchu ve spalovacím prostoru atd. [3]
Výhody oproti pístovým motorům:
Díky absenci přeměny vratného pohybu na rotační je Wankelův motor schopen vydržet mnohem vyšší otáčky ve srovnání s tradičními motory. Motory s rotačními písty mají vyšší výkon při malém objemu spalovacího prostoru, přičemž samotná konstrukce motoru je poměrně malá a obsahuje méně dílů. Malá velikost zlepšuje ovladatelnost, usnadňuje optimální umístění převodovky (rozložení hmotnosti) a umožňuje učinit vůz prostornějším pro řidiče a cestující.
Nevýhody :
Motor byl původně vyvinut speciálně pro použití ve vozidlech. Prvním sériovým vozem s rotačním motorem byl německý sporťák NSU Spider .
První masový (37204 exemplářů) je německý sedan business třídy NSU Ro 80 . Vůz měl kromě motoru dostatek inovací, zejména karoserii s rekordně nízkým aerodynamickým odporem, poloautomatickou převodovku s měničem točivého momentu, blokové světlomety a tak dále. Ro 80 se vyznačoval nejen jedinečným designem, ale také pokročilým designem, který se ukázal být pro veřejnost poloviny šedesátých let nepochopitelný (viz NSU Ro 80 ); o deset let později to byl on, kdo byl základem stylu modelů Audi 100 a 200 generace C2 .
Zdroj motoru se ukázal být velmi malý (opravy byly vyžadovány po ujetí asi 50 000 km), takže auto získalo špatnou pověst a stalo se neslavným. Na mnoha dochovaných autech byl původní motor nahrazen pístovým motorem Ford L4 „Essex“ .
Citroën také experimentoval s RPD, projekt Citroën M35 .
Poté sériovou a malosériovou výrobu Wankelových rotačních pístových motorů prováděly pouze Mazda (Japonsko) a VAZ (SSSR) [4] .
Inženýrům Mazdy, kteří vytvořili rotační pístový motor Renesis (odvozený ze slov ( ang. Rotary Engine: rotační motor a Genesis: proces formování , název hovořící o vzniku nové třídy motorů), se podařilo vyřešit hlavní problémy těchto motorů - toxicita výfukových plynů a nehospodárnost Oproti předchozím motorům se podařilo snížit spotřebu oleje o 50 %, benzínu o 40 % a emise škodlivých oxidů dostat na normy Euro IV . Dvoukomorový motor Renesis o objemu pouze 1,3 litru produkuje 250 koní a zabírá málo místa v motorovém prostoru. Další model motoru Renesis 2 16X má objem 1,6 litru a při větším výkonu se méně zahřívá.
Vozy značky Mazda s písmeny RE v názvu (první písmena z názvu „Renesis“) mohou jako palivo používat benzín i vodík (jelikož je méně citlivý na detonaci než klasický motor využívající vratný píst). Jednalo se o druhé kolo zvýšené pozornosti RPD ze strany vývojářů.
Přes řadu pokusů nainstalovat Wankelův motor do letadel (prototypy byly testovány v různých zemích od 50. let 20. století) nenašel v letectví široké uplatnění. V současné době (2011) je Wankelův motor instalován na některých modelech motorových kluzáků Schleicher .
K dispozici je britský motor AR731 o výkonu 38 hp navržený speciálně pro kamikadze drony nebo jiné nárazové nebo krátkodobé drony. Motor má čínskou kopii MDR-208, která je zase kopírována v Íránu pod názvem Shahed-783. Tento motor se používá v dronu Shahed-131, který je v Rusku znám jako „Geran-1“.
V roce 2019 ruští vědci z Ústředního institutu leteckých motorů. P. I. Baranov a Nadace pro pokročilý výzkum vyřešili problém rychlého opotřebení motoru vytvořením RPD založených na materiálech nové generace - mezikeramické matrici a kompozitech kov -keramická matrice . Podle výsledků testů je opotřebení těchto prvků zanedbatelné. Všechny si zachovaly svůj výkon a potvrdily možnost a perspektivu použití kompozitních materiálů pro výrobu nejvíce zatěžovaných a problematických prvků RPD. Nový domácí motor také využívá systém přeplňování turbodmychadlem se vzduchovým chlazením a nový řídicí systém speciálně vyvinutý pro RPD. [5]
RPD SSSR/Rusko
| Motory | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| viz také stroj na věčný pohyb Převodový motor gumový motor | |||||||||||||||||