Motor Wankel: dispozitiv, principiu de funcționare

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-02-19 18:20

Motorul cu ardere internă este o invenție genială a omenirii. Datorită motorului cu ardere internă, progresul tehnic a început să se dezvolte semnificativ. Există mai multe tipuri de aceste setări. Dar cele mai cunoscute sunt biela și pistonul și pistonul rotativ. Acesta din urmă a fost inventat de inginerul german Wankel în colaborare cu W alter Freude. Această unitate de putere are un dispozitiv și un principiu de funcționare diferit, în comparație cu motorul clasic cu ardere internă bielă-piston. Care este principiul de funcționare al motorului Wankel și de ce acest motor cu ardere internă nu a devenit atât de popular? Vom lua în considerare toate acestea în articolul nostru de astăzi.

Caracteristic

Deci, ce este acest motor? Acesta este un motor cu ardere internă care a fost dezvoltat de Felix Wankel în 1957. Funcția pistonului în această unitate a fost îndeplinită de un rotor cu trei vârfuri. S-a rotit în interiorul unei cavități cu formă specială.

După o serie de modele experimentale de motociclete și mașini care au apărut în anii 70 ai secolului trecut, cererea pentru motorul Wankel a scăzut semnificativ. Deși astăzi o serie de companii încă lucrează laîmbunătățirea acestui motor. Deci, puteți întâlni motorul Wankel din seria Mazda PX. De asemenea, această unitate și-a găsit aplicația în modelare.

Dispozitiv cu motor Wankel

Această unitate de putere constă din mai multe componente:

• cazuri (statori).
• Camere de ardere.
• Porturi de intrare și ieșire.
• Angrenaj staționar.
• Roată dințată.
• Rotor.
• Vala.
• Bujii.

Care este principiul de funcționare al motorului Wankel? Ne vom uita la asta mai jos.

Principiul de lucru

Acest ICE funcționează după cum urmează. Rotorul, montat pe un arbore excentric prin rulmenți, este antrenat de forța presiunii gazului, care s-a format ca urmare a arderii amestecului aer-combustibil. Rotorul motorului în raport cu statorul printr-o pereche de angrenaje. Unul dintre ele (mare) este situat pe suprafața interioară a rotorului. Al doilea (suport) este mai mic și este strâns atașat de capacul lateral al motorului. Prin interacțiunea angrenajelor, rotorul produce mișcări circulare excentrice. Astfel, marginile sale sunt în contact cu suprafața interioară a camerei de ardere.

Ca urmare, între carcasa motorului și rotor se formează mai multe camere izolate de volum variabil. Numărul lor este întotdeauna 3. În aceste camere are loc procesul de comprimare a amestecului, arderea acestuia, dilatarea gazelor (care ulterior pun presiune pe suprafața de lucru a rotorului) și îndepărtarea lor. Ca urmareaprinderea combustibilului, rotorul este antrenat, transferând cuplul la arborele excentric. Acesta din urmă este montat pe rulmenți și apoi transferă puterea către unitățile de transmisie. Și abia atunci momentul de forță al motorului Wankel merge la roți conform schemei clasice - printr-un cardan de transmisie și arbori de osie către butuci. Astfel, mai multe perechi mecanice lucrează simultan într-un motor rotativ. Primul este responsabil pentru mișcarea rotorului și este format din mai multe roți dințate. Al doilea de transformă mișcarea rotorului în rotații ale arborelui excentric.

Raportul de transmisie al statorului (carcasa) și al angrenajelor este întotdeauna stabil și este de 3:2. Astfel, rotorul are timp să se rotească pentru o rotație completă a arborelui cu 120 de grade. La rândul său, pentru o rotație completă a rotorului, se realizează un ciclu de funcționare în patru timpi a motorului cu ardere internă în fiecare dintre cele trei camere formate din fețe.

Beneficii

Care sunt avantajele acestui motor cu ardere internă? Motorul cu piston rotativ Wankel are un design mai simplu decât motorul cu tijă. Deci, numărul de piese din acesta este cu 40 la sută mai mic decât într-un motor cu piston în patru timpi cu ardere internă. Dar totuși, nu este posibil să creați un motor Wankel cu propriile mâini fără echipamente sofisticate. La urma urmei, rotorul are o formă foarte complexă. Cei care au încercat să facă un motor Wankel de casă cu propriile mâini au suferit numeroase eșecuri.

Dar să continuăm cu beneficiile. În proiectarea unității rotative nu există arbore cotit, mecanism de distribuție a gazului. De asemenea, nu există biele șipistoane. Amestecul combustibil intră în cameră prin fereastra de admisie, care este deschisă de marginea rotorului. Iar gazele de evacuare la sfârșitul ciclului de lucru sunt eliberate din corp prin portul de evacuare. Din nou, rolul supapei aici este îndeplinit de marginea rotorului în sine. De asemenea, nu există un arbore cu came în design (dintre care mai multe sunt acum utilizate pe unitățile de biele). Motorul cu piston rotativ Wankel este similar cu unul în doi timpi în ceea ce privește principiul de funcționare al mecanismului de distribuție a gazului.

Separat, merită menționat sistemul de ungere. De fapt, este absent în motorul rotativ Wankel. Dar cum funcționează atunci perechile de frecare? Este simplu: uleiul este adăugat în amestecul combustibil în sine (ca în motoarele de motociclete primitive). Astfel, lubrifierea pieselor de frecare este realizată de amestecul aer-combustibil în sine. Designului îi lipsește pompa de ulei familiară tuturor, care preia lubrifiantul din baină și îl pulverizează sub presiune specială.

Un alt avantaj al motorului Wankel este greutatea și dimensiunea sa ușoară. Deoarece aproape jumătate din piesele care sunt obligatorii la motoarele cu piston lipsesc aici, unitatea rotativă este mai compactă și poate încăpea în orice compartiment al motorului. dimensiunile compacte vă permit să utilizați spațiul compartimentului motor mai rațional, precum și să ofere o sarcină mai uniformă pe axele față și spate (la urma urmei, la mașinile cu motoare convenționale, mai mult de 70% din sarcină cade pe față parte). Și datorită greutății reduse, se obține o stabilitate ridicată. Da, motorul arenivel minim de vibrații, care are un efect pozitiv asupra confortului mașinii.

Următorul plus al acestei unități este puterea specifică mare, care se obține la viteze mari ale arborelui. Această caracteristică vă permite să obțineți caracteristici tehnice bune. Acesta este motivul pentru care motorul Wankel este utilizat la mașinile sport Mazda. Motorul se rotește cu ușurință până la șapte sau mai mult de mii de rotații. În același timp, oferă mult mai mult cuplu și putere la un volum mic. Toate acestea au un efect pozitiv asupra dinamicii de accelerare a mașinii. De exemplu, puteți lua mașina "Mazda RX-8". Cu un volum de 1,3 litri, motorul produce 210 cai putere.

Defecte de design

Având în vedere dispozitivul și principiul de funcționare al motorului rotativ Wankel, este de remarcat principalul defect de proiectare. Aceasta este eficiența scăzută a etanșărilor dintre camera de ardere și rotor. Acesta din urmă are o formă destul de complexă, care necesită etanșare fiabilă nu numai de-a lungul marginilor (dintre care sunt patru în total), ci și de-a lungul suprafeței laterale (care sunt în contact cu capacul motorului). În același timp, sunt realizate sub formă de benzi de oțel cu arc cu prelucrare deosebit de precisă atât de la capete cât și de pe suprafețele de lucru. Toate permisele de expansiune în timpul încălzirii, încorporate în proiectare, degradează aceste caracteristici. Din acest motiv, este imposibil să se evite străpungerea gazelor în locurile de capăt ale plăcilor de etanșare. La motoarele cu piston se aplică efectul de labirint. Deci, designul folosește trei inele de etanșare cu goluri în direcții diferite.

Dar merită remarcat faptul că în ultimii ani calitatea sigiliilor a crescut. Designerii au îmbunătățit motorul Wankel, folosind noi materiale pentru etanșări. Dar totuși, spargerea gazului este considerată cel mai slab punct al unui motor rotativ cu ardere internă.

Consum de ulei

Așa cum am spus mai devreme, nu există un sistem de lubrifiere ca atare în acest motor. Datorită faptului că uleiul intră împreună cu amestecul combustibil, consumul acestuia crește semnificativ. Și dacă la motoarele cu biele, pierderea naturală de lubrifiant este exclusă sau nu este mai mare de 100 de grame la 1 mie de kilometri, atunci la motoarele rotative acest parametru variază de la 0,4 la 1 litru la mie de kilometri. Acest lucru se datorează faptului că sistemul complex de etanșare necesită o lubrifiere mai eficientă a suprafețelor. De asemenea, din cauza consumului mare de ulei, aceste motoare nu pot îndeplini standardele moderne de mediu. Gazele de eșapament ale mașinilor cu motor Wankel conțin multe substanțe periculoase pentru corp și mediu.

În plus, motorul rotativ putea funcționa numai cu uleiuri scumpe și de în altă calitate. Acest lucru se datorează mai multor factori:

• Tendința de a intra în contact cu părțile camerei motorului și rotorului la uzură mare.
• Tendința perechilor de frecare de a se supraîncălzi.

Alte probleme

Schimbările neregulate de ulei au amenințat să reducă durata de viață a motorului cu ardere internă, deoarece particulele vechiului lubrifiant au acționat ca un abraziv, crescând golurile și probabilitatea pătrunderii gazelor de eșapament în cameră. Această unitate se înclină și când este supraîncălzită. Și când conduceți pe vreme rece,este posibil ca răcirea să fi fost excesivă.

RPD-ul în sine are o temperatură de funcționare mai mare decât orice motor cu piston. Camera de ardere este considerată cea mai încărcată. are un volum mic. Și datorită formei extinse, camera este predispusă la detonare. Pe lângă ulei, motorul Wankel este exigent cu privire la calitatea lumânărilor. Sunt instalate in perechi si schimbate strict conform reglementarilor tehnice. Printre alte puncte, este de remarcat elasticitatea insuficientă a motorului rotativ. Deci, aceste motoare cu ardere internă pot produce caracteristici excelente de viteză și putere numai la viteze mari ale rotorului - de la 6 la 10 sau mai mult de mii pe minut. Această caracteristică îi obligă pe designeri să perfecționeze designul cutiilor de viteze, făcându-le cu mai multe etape.

Un alt dezavantaj este consumul mare de combustibil. De exemplu, dacă luați un motor cu piston rotativ Mazda RX-8 de 1,3 litri, conform datelor din pașapoarte, acesta consumă de la 14 la 18 litri de combustibil. Mai mult decât atât, este recomandată utilizarea numai benzinei cu octan ridicat.

Despre aplicarea RPD în industria auto

Acest motor a fost cel mai popular la sfârșitul anilor 60 și începutul anilor 70 ai secolului trecut. Brevetul Wankel RPD a fost achiziționat de 11 producători auto de top. Deci, în al 67-lea an, NSU a dezvoltat prima mașină de clasă business cu un motor rotativ, care a fost numită NSU RO 80. Acest model a fost produs în masă timp de 10 ani. În total, au fost lansate peste 37 de mii de exemplare. Mașina a fost populară, dar deficiențele motorului rotativ au pătat în cele din urmă reputația acestei mașini. Pe fundalul altoraModelele NSU, sedanul NSU RO 80 a fost cel mai nesigur. Kilometrajul înainte de revizie a fost de numai 50 de mii, cu 100 declarate.

De asemenea, concernul Peugeot-Citroen, compania Mazda și uzina VAZ au experimentat cu motoare rotative (vom vorbi despre acest caz separat mai jos). Japonezii au obținut cel mai mare succes lansând o mașină de pasageri cu motor rotativ în al 63-lea an. În acest moment, japonezii încă echipează RPD-uri pe mașinile lor sport din seria RX. Până în prezent, ei nu suferă de multe dintre „bolile copilăriei” care erau inerente RAP din acea vreme.

Wankel RPD și industria motocicletelor

În anii 70 și 80 ai secolului trecut, unii producători de motociclete au experimentat cu motoare rotative. Aceștia sunt Hercules și Suzuki. Acum producția de masă de motociclete rotative a fost stabilită doar la Norton. Acest brand produce motociclete sport NRV588 echipate cu motoare cu rotor dublu cu un volum total de 588 de centimetri cubi. Puterea bicicletei Norton este de 170 de cai putere. cu o greutate proprie de 130 de kilograme, aceasta motocicleta are performante dinamice excelente. În plus, aceste RPD-uri sunt echipate cu un sistem electronic de injecție de combustibil și un tract de admisie variabil.

Fapte interesante

Aceste unități de putere sunt utilizate pe scară largă în rândul modelatorilor de avioane. Deoarece nu există cerințe de eficiență și fiabilitate în modelul de motor cu ardere internă, producția de astfel de motoare s-a dovedit a fi ieftină. În astfel de motoare cu ardere internă, nu există deloc etanșări ale rotorului sau au cel mai primitiv design. Principalul avantaj al acestui lucruUnitatea de model de aeronave este că este ușor de instalat într-un model la scară zburătoare. ICE este ușor și compact.

Încă un fapt: Felix Wankel, după ce a primit un brevet pentru RPD în 1936, a devenit inventatorul nu numai al motoarelor rotative, ci și al compresoarelor, precum și al pompelor care funcționau după aceeași schemă. Astfel de unități pot fi găsite în ateliere de reparații și în producție. Apropo, pompele electrice portabile pentru umflarea anvelopelor sunt proiectate exact conform acestui principiu.

RPD și mașini VAZ

În vremea sovietică, aceștia au fost, de asemenea, implicați în crearea unui motor cu piston rotativ și instalarea acestuia pe mașinile VAZ interne. Deci, primul RPD din URSS a fost motorul VAZ-311 cu o capacitate de 70 de cai putere. A fost creat pe baza unității japoneze 13V. Dar, deoarece crearea motorului a fost realizată conform planurilor nerealiste, unitatea s-a dovedit a fi nesigură după ce a fost pusă în producție de masă. Prima mașină cu acest motor a fost VAZ-21018.

Dar povestea instalării motorului Wankel pe VAZ nu se termină aici. A doua la rând a fost unitatea de putere VAZ-415, care a fost folosită în loturi mici pe G8 în anii 80. Această unitate de putere avea caracteristici tehnice mai bune. Puterea cu un volum de 1308 centimetri cubi a crescut la 150 de cai putere. Datorită acestui fapt, sovieticul VAZ-2108 cu un motor rotativ a accelerat la sute în 9 secunde. Iar viteza maximă a fost limitată la 190 de kilometri pe oră. Dar acest motor nu a fost lipsit de defecte. În special, este o resursă mică. Abia a ajuns la 80 de miikilometri. De asemenea, printre minusuri, merită remarcat costul ridicat al creării unei astfel de mașini. Consumul de ulei a fost de 700 de grame la fiecare mie de kilometri. Consumul de combustibil este de aproximativ 20 de litri la suta. Prin urmare, unitatea rotativă a fost folosită doar pe vehiculele de servicii speciale, în loturi mici.

Concluzie

Așa că ne-am dat seama ce este motorul Wankel. Această unitate rotativă este acum utilizată în serie numai pe mașinile Mazda și doar pe un model. În ciuda numeroaselor îmbunătățiri și încercări ale inginerilor japonezi de a îmbunătăți designul RPD, acesta are încă o resursă destul de mică și se caracterizează printr-un consum mare de ulei. De asemenea, noile Mazda de 1,3 litri nu diferă în ceea ce privește eficiența consumului de combustibil. Toate aceste deficiențe ale motorului rotativ îl fac nepractic și subutilizat în industria auto.