Wankel-moottori: laite, toimintaperiaate

2024 Kirjoittaja: Erin Ralphs | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-02-19 15:15

Polttomoottori on ihmiskunnan loistava keksintö. Polttomoottorin ansiosta tekninen kehitys alkoi kehittyä merkittävästi. Näitä asetuksia on useita tyyppejä. Mutta tunnetuimmat ovat kiertokanki ja mäntä ja pyörivä mäntä. Jälkimmäisen keksi saksalainen insinööri Wankel yhteistyössä W alter Freuden kanssa. Tällä voimayksiköllä on erilainen laite ja toimintaperiaate verrattuna klassiseen kiertokanki-mäntäpolttomoottoriin. Mikä on Wankel-moottorin toimintaperiaate ja miksi tästä polttomoottorista ei ole tullut niin suosittua? Käsittelemme tätä kaikkea tämän päivän artikkelissamme.

Ominaisuus

Joten, mikä tämä moottori on? Tämä on polttomoottori, jonka Felix Wankel kehitti vuonna 1957. Männän tehtävä tässä yksikössä suoritettiin kolmen kärjen roottorilla. Se pyöri erityisen muotoillun ontelon sisällä.

Viime vuosisadan 70-luvulla tehtyjen useiden moottoripyörien ja autojen kokeellisten mallien jälkeen Wankel-moottorin kysyntä on laskenut merkittävästi. Vaikka nykyään monet yritykset työskentelevät edelleentämän moottorin parannus. Joten voit tavata Wankel-moottorin Mazda PX -sarjassa. Tämä yksikkö on löytänyt sovelluksensa myös mallintamisessa.

Wankel-moottorilaite

Tämä tehoyksikkö koostuu useista osista:

• Kotelot (staattorit).
• Palokammiot.
• Tuo- ja ulostuloportit.
• Kiinteät varusteet.
• Hammaspyörä.
• Roottori.
• Vala.
• Sytytystulpat.

Mikä on Wankel-moottorin toimintaperiaate? Tarkastelemme tätä alla.

Toimintaperiaate

Tämä ICE toimii seuraavasti. Epäkeskiselle akselille laakereiden kautta asennettua roottoria käyttää kaasun paineen voima, joka muodostui ilma-polttoaineseoksen palamisen seurauksena. Moottorin roottori suhteessa staattoriin hammaspyöräparin kautta. Yksi niistä (suuri) sijaitsee roottorin sisäpinnalla. Toinen (tuki) on pienempi ja kiinnitetty tiukasti moottorin sivukanteen. Hammaspyörien vuorovaikutuksen kautta roottori tuottaa epäkeskisiä ympyräliikkeitä. Siten sen reunat ovat kosketuksissa palotilan sisäpinnan kanssa.

Tämän seurauksena moottorin kotelon ja roottorin väliin muodostuu useita erillisiä tilavuudeltaan vaihtelevia kammioita. Niiden lukumäärä on aina 3. Näissä kammioissa tapahtuu seoksen puristusprosessi, sen palaminen, kaasujen (jotka myöhemmin aiheuttavat painetta roottorin työpintaan) ja niiden poistamisen. Tuloksenapolttoaineen syttyessä roottoria käytetään siirtäen vääntömomentin epäkeskiselle akselille. Jälkimmäinen on asennettu laakereihin ja siirtää sitten tehoa voimansiirtoyksiköihin. Ja vasta sitten Wankel-moottorin voimien momentti menee pyörille klassisen järjestelmän mukaisesti - kardaanin ja akselin akselien kautta napoihin. Näin ollen pyörivässä moottorissa toimii useita mekaanisia pareja samanaikaisesti. Ensimmäinen vastaa roottorin liikkeestä ja koostuu useista vaihteista. Toinen de muuntaa roottorin liikkeen epäkeskoakselin kierroksiksi.

Staattorin (kotelon) ja vaihteiden välityssuhde on aina vakaa ja on 3:2. Siten roottorilla on aikaa pyöriä akselin täyden kierroksen verran 120 astetta. Roottorin täyden kierroksen ajaksi polttomoottorin nelitahtinen toimintajakso suoritetaan puolestaan jokaisessa kolmesta pintojen muodostamasta kammiosta.

Edut

Mitkä ovat tämän polttomoottorin edut? Wankelin pyörivä mäntämoottori on rakenteeltaan yksinkertaisempi kuin männänvarsimoottori. Joten siinä on 40 prosenttia vähemmän osia kuin mäntä-nelitahtisessa polttomoottorissa. Mutta silti, ei ole mahdollista luoda Wankel-moottoria omin käsin ilman kehittyneitä laitteita. Loppujen lopuksi roottorilla on erittäin monimutkainen muoto. Ne, jotka ovat yrittäneet tehdä kotitekoista Wankel-moottoria omin käsin, ovat kärsineet lukuisista epäonnistumisista.

Mutta jatketaan etuja. Pyörivän yksikön suunnittelussa ei ole kampiakselia, kaasun jakelumekanismia. Ei myöskään ole kiertokankia jamännät. Palava seos tulee kammioon imuikkunan kautta, jonka roottorin reuna avaa. Ja pakokaasut työjakson lopussa vapautuvat kehosta pakoaukon kautta. Tässäkin venttiilin roolia suorittaa itse roottorin reuna. Lisäksi suunnittelussa ei ole nokka-akselia (joista useita käytetään nyt kiertokankeissa). Wankelin pyörivä mäntämoottori on kaasunjakelumekanismin toimintaperiaatteeltaan samanlainen kuin kaksitahtimoottori.

Erikseen kannattaa mainita voitelujärjestelmä. Itse asiassa se puuttuu Wankelin pyörivästä moottorista. Mutta miten kitkaparit sitten toimivat? Se on yksinkertaista: öljyä lisätään itse palavaan seokseen (kuten primitiivisissä moottoripyörien moottoreissa). Siten hankausosien voitelu suoritetaan itse ilma-polttoaineseoksella. Suunnittelusta puuttuu kaikille tuttu öljypumppu, joka ottaa voiteluaineen öljypohjasta ja suihkuttaa sitä erikoispaineella.

Toinen Wankel-moottorin etu on sen keveys ja koko. Koska lähes puolet mäntämoottoreissa pakollisista osista puuttuu täältä, on pyörivä yksikkö kompaktimpi ja mahtuu mihin tahansa moottoritilaan. kompaktit mitat mahdollistavat moottoritilan tilan käytön järkevämmin ja tarjoavat tasaisemman kuormituksen etu- ja taka-akseleille (tavallisilla moottoreilla varustetuissa autoissa yli 70 prosenttia kuormasta putoaa etupuolelle osa). Ja alhaisen painon ansiosta saavutetaan korkea vakaus. Kyllä moottorissa onpienin tärinätaso, jolla on positiivinen vaikutus koneen mukavuuteen.

Tämän laitteen seuraava plus on suuri ominaisteho, joka saavutetaan suurilla akselin nopeuksilla. Tämän ominaisuuden avulla voit saavuttaa hyvät tekniset ominaisuudet. Tästä syystä Wankel-moottoria käytetään Mazdan urheiluautoissa. Moottori pyörii helposti jopa seitsemän tai useamman tuhannen kierroksen verran. Samalla se tarjoaa paljon enemmän vääntöä ja tehoa pienellä tilavuudella. Kaikki tämä vaikuttaa positiivisesti auton kiihtyvään dynamiikkaan. Voit esimerkiksi ottaa auton "Mazda RX-8". 1,3 litran tilavuudellaan moottori tuottaa 210 hevosvoimaa.

suunnitteluvirheitä

Ottaen huomioon Wankel-pyörivän moottorin laitteen ja toimintaperiaatteen, on syytä huomata tärkein suunnitteluvirhe. Tämä on polttokammion ja roottorin välisten rakojen tiivisteiden alhainen hyötysuhde. Jälkimmäisellä on melko monimutkainen muoto, mikä vaatii luotettavaa tiivistystä paitsi reunoille (joita on yhteensä neljä), vaan myös sivupintaa pitkin (jotka ovat kosketuksissa moottorin kanteen). Samalla ne valmistetaan teräsjousitettuina nauhoina, joissa on erityisen tarkka käsittely sekä päistä että työpinnoilta. Kaikki suunnitteluun sisältyvät lämmityksen aikana tapahtuvat laajenemisvarat heikentävät näitä ominaisuuksia. Tämän vuoksi on mahdotonta välttää kaasujen tunkeutumista tiivistelevyjen päätykohtiin. Mäntämoottoreissa käytetään labyrinttiefektiä. Joten suunnittelussa käytetään kolmea tiivisterengasta, joissa on rakoja eri suuntiin.

Mutta on syytä huomata, että viime vuosina tiivisteiden laatu on parantunut. Suunnittelijat ovat parantaneet Wankel-moottoria käyttämällä uusia materiaaleja tiivisteissä. Mutta silti kaasun läpimurtoa pidetään pyörivän polttomoottorin heikoimpana kohdanna.

Öljynkulutus

Kuten sanoimme aiemmin, tässä moottorissa ei ole voitelujärjestelmää sellaisenaan. Koska öljy tulee palavan seoksen mukana, sen kulutus kasvaa merkittävästi. Ja jos kiertokangemoottoreissa luonnollinen voiteluaineen hävikki on poissuljettu tai se on enintään 100 grammaa tuhatta kilometriä kohden, pyörivillä moottoreilla tämä parametri vaihtelee välillä 0,4 - 1 litra tuhatta kilometriä kohden. Tämä johtuu siitä, että monimutkainen tiivistysjärjestelmä vaatii pintojen tehokkaampaa voitelua. Lisäksi suuren öljynkulutuksen vuoksi nämä moottorit eivät täytä nykyaikaisia ympäristöstandardeja. Wankel-moottorilla varustettujen autojen pakokaasut sisältävät monia keholle ja ympäristölle vaarallisia aineita.

Lisäksi pyörivä moottori voisi toimia vain korkealaatuisilla ja kalliilla öljyillä. Tämä johtuu useista tekijöistä:

• Moottorikammion ja roottorin osien kosketuksiin taipuvainen kuluminen.
• Kitkaparien taipumus ylikuumentua.

Muut ongelmat

Epäsäännölliset öljynvaihdot uhkasivat lyhentää polttomoottorin käyttöikää, koska vanhan voiteluaineen hiukkaset toimivat hankaavana aineena, mikä lisäsi rakoja ja pakokaasujen läpimurron todennäköisyyttä kammiossa. Tämä laite myös kiilautuu ylikuumeneessaan. Ja kun ajetaan kylmällä säällä,jäähdytys on saattanut olla liikaa.

Itse RPD:n käyttölämpötila on korkeampi kuin minkään mäntämoottorin. Polttokammiota pidetään eniten kuormitettuna. sillä on pieni tilavuus. Ja laajennetun muodon vuoksi kammio on altis räjähdykselle. Öljyn lisäksi Wankel-moottori vaatii kynttilöiden laatua. Ne asennetaan pareittain ja vaihdetaan tiukasti teknisten määräysten mukaisesti. Muiden kohtien lisäksi on syytä huomata pyörivän moottorin riittämätön joustavuus. Joten nämä polttomoottorit voivat tuottaa erinomaiset nopeus- ja tehoominaisuudet vain suurilla roottorin nopeuksilla - 6 - 10 tuhatta tai enemmän minuutissa. Tämä ominaisuus pakottaa suunnittelijat tarkentamaan vaihteistojen suunnittelua ja tekemään niistä monivaiheisia.

Toinen haittapuoli on korkea polttoaineenkulutus. Esimerkiksi, jos otat 1,3 litran Mazda RX-8 pyörivän mäntämoottorin, passitietojen mukaan se kuluttaa 14-18 litraa polttoainetta. Lisäksi suositellaan käytettäväksi vain korkeaoktaanista bensiiniä.

RPD:n soveltamisesta autoteollisuudessa

Tämä moottori oli suosituin viime vuosisadan 60-luvun lopulla ja 70-luvun alussa. 11 johtavaa autonvalmistajaa on hankkinut Wankel RPD -patentin. Joten 67. vuonna NSU kehitti ensimmäisen pyörivällä moottorilla varustetun bisnesluokan auton, jota kutsuttiin NSU RO 80:ksi. Tätä mallia valmistettiin massatuotantona 10 vuotta. Yhteensä julkaistiin yli 37 tuhatta kappaletta. Auto oli suosittu, mutta pyörivän moottorin puutteet lopulta tahrasivat tämän auton mainetta. Toisten taustaa vastenNSU-malleista NSU RO 80 sedan oli epäluotettavin. Ajokilometrit ennen remonttia oli vain 50 tuhatta ilmoitetun 100 kanssa.

Myös Peugeot-Citroen-konserni, Mazda-yhtiö ja VAZ-tehdas kokeilivat pyöriviä moottoreita (puhumme tästä tapauksesta erikseen alla). Japanilaiset saavuttivat suurimman menestyksen vapauttamalla pyörivällä moottorilla varustetun henkilöauton 63. vuonna. Tällä hetkellä japanilaiset varustelevat edelleen RPD:itä RX-sarjan urheiluautoihinsa. Tähän päivään asti he ovat vapaita monista "lapsuussairauksista", jotka kuuluivat tuon ajan RAP:iin.

Wankel RPD ja moottoripyöräteollisuus

Viime vuosisadan 70- ja 80-luvuilla jotkut moottoripyörävalmistajat kokeilivat pyöriviä moottoreita. Nämä ovat Hercules ja Suzuki. Nyt pyörivien moottoripyörien massatuotanto on perustettu vain Nortonissa. Tämä tuotemerkki valmistaa NRV588-urheilupyöriä, jotka on varustettu kaksiroottorisilla moottoreilla, joiden kokonaistilavuus on 588 kuutiosenttimetriä. Norton-pyörän teho on 170 hevosvoimaa. 130 kilogramman omapainonsa ansiosta tällä moottoripyörällä on erinomainen dynaaminen suorituskyky. Lisäksi nämä RPD:t on varustettu elektronisella polttoaineen ruiskutusjärjestelmällä ja säädettävällä imukanavalla.

Mielenkiintoisia faktoja

Näitä voimayksiköitä käytetään laaj alti lentokoneiden mallintajien keskuudessa. Koska polttomoottorimallin tehokkuudelle ja luotettavuudelle ei ole vaatimuksia, tällaisten moottoreiden valmistus osoittautui edulliseksi. Tällaisissa polttomoottoreissa ei ole roottorin tiivisteitä ollenkaan tai niillä on alkeellisin muotoilu. Tämän tärkein etulentokonemalliyksikkö on, että se on helppo asentaa lentävään pienoismalliin. ICE on kevyt ja kompakti.

Vielä fakta: Felix Wankel, joka sai patentin RPD:lle vuonna 1936, tuli pyörivien moottoreiden lisäksi myös kompressorien sekä saman järjestelmän mukaan toimivien pumppujen keksijäksi. Tällaisia yksiköitä löytyy korjaamoilta ja tuotannosta. Muuten, kannettavat sähkökäyttöiset renkaiden täyttöpumput on suunniteltu täsmälleen tämän periaatteen mukaisesti.

RPD- ja VAZ-autot

Neuvostoliiton aikana he harjoittivat myös pyörivän mäntämoottorin luomista ja sen asentamista kotimaisiin VAZ-autoihin. Joten ensimmäinen RPD Neuvostoliitossa oli VAZ-311-moottori, jonka kapasiteetti oli 70 hevosvoimaa. Se luotiin japanilaisen yksikön 13V perusteella. Mutta koska moottorin luominen suoritettiin epärealististen suunnitelmien mukaan, yksikkö osoittautui epäluotettavaksi sen jälkeen, kun se oli otettu massatuotantoon. Ensimmäinen tällä moottorilla varustettu auto oli VAZ-21018.

Mutta tarina Wankel-moottorin asentamisesta VAZ:iin ei lopu tähän. Toinen peräkkäin oli voimayksikkö VAZ-415, jota käytettiin pienissä erissä G8:ssa 80-luvulla. Tällä voimayksiköllä oli paremmat tekniset ominaisuudet. Teho, jonka tilavuus oli 1308 kuutiosenttimetriä, kasvoi 150 hevosvoimaan. Tämän ansiosta Neuvostoliiton VAZ-2108 pyörivällä moottorilla kiihtyi satoihin 9 sekunnissa. Ja suurin nopeus rajoitettiin 190 kilometriin tunnissa. Mutta tämä moottori ei ollut ilman vikoja. Erityisesti se on pieni resurssi. Hän tuskin saavutti 80 tuhattakilometriä. Myös miinusten joukossa on syytä huomata tällaisen auton luomisen korkeat kustannukset. Öljynkulutus oli 700 grammaa tuhatta kilometriä kohden. Polttoaineen kulutus on noin 20 litraa sataa kohden. Siksi pyörivää yksikköä käytettiin vain erikoispalveluajoneuvoissa, pienissä erissä.

Johtopäätös

Joten selvitimme, mikä Wankel-moottori on. Tätä pyörivää yksikköä käytetään nyt sarjassa vain Mazda-autoissa ja vain yhdessä mallissa. Huolimatta lukuisista parannuksista ja japanilaisten insinöörien yrityksistä parantaa RPD:n suunnittelua, sillä on edelleen melko pieni resurssi ja sille on ominaista korkea öljynkulutus. Myöskään uudet 1,3-litraiset Mazdat eivät eroa polttoainetehokkuudesta. Kaikki nämä pyörivän moottorin puutteet tekevät siitä epäkäytännöllisen ja vajaakäytön autoteollisuudessa.