Κινητήρας Wankel - η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του αυτοκινήτου RPD

Καθ 'όλη τη διάρκεια της ιστορίας της αυτοκινητοβιομηχανίας, υπήρξαν πολλές προηγμένες λύσεις, τα σχέδια των εξαρτημάτων και των συγκροτημάτων έχουν αλλάξει. Πάνω από 30 χρόνια πριν, οι ενεργές προσπάθειες άρχισαν να μετατοπίζουν τον κινητήρα του εμβόλου στο πλάι, δίνοντας το πλεονέκτημα στον κινητήρα περιστροφικού εμβόλου Wankel. Ωστόσο, λόγω πολλών περιστάσεων, οι περιστροφικοί κινητήρες δεν έλαβαν το δικαίωμα στη ζωή τους. Διαβάστε για όλα αυτά παρακάτω.

Αρχή της λειτουργίας

Ο ρότορας έχει τριγωνικό σχήμα, σε κάθε πλευρά έχει κυρτό σχήμα που λειτουργεί ως έμβολο. Κάθε πλευρά του ρότορα διαθέτει ειδικές εσοχές που παρέχουν περισσότερο χώρο για το μείγμα καυσίμου-αέρα, αυξάνοντας έτσι την ταχύτητα λειτουργίας του κινητήρα. Το πάνω μέρος των άκρων είναι εξοπλισμένο με ένα μικρό στεγανοποιητικό διάφραγμα που διευκολύνει την εκτέλεση κάθε κτύπου. Και στις δύο πλευρές ο ρότορας είναι εφοδιασμένος με δακτυλίους στεγανοποίησης που σχηματίζουν το τοίχωμα των θαλάμων. Το μέσο του ρότορα είναι εξοπλισμένο με δόντια, με τη βοήθεια του οποίου περιστρέφεται ο μηχανισμός.

Η αρχή της λειτουργίας του κινητήρα Wankel είναι εντελώς διαφορετική από την κλασική, εντούτοις, ενώνονται με μία μόνο διαδικασία που αποτελείται από 4 διαδρομές (εισαγωγή-συμπίεση-εργασία διαδρομής-εξάτμιση). Το καύσιμο εισέρχεται στον πρώτο διαμορφωμένο θάλαμο, συμπιέζεται στο δεύτερο, στη συνέχεια περιστρέφεται ο ρότορας και το συμπιεσμένο μείγμα αναφλέγεται από το μπουζί, μετά το οποίο το μίγμα εργασίας περιστρέφει τον ρότορα και εξέρχεται στην πολλαπλή εξαγωγής. Η κύρια διακριτική αρχή είναι ότι σε έναν περιστροφικό κινητήρα εμβόλου, ο θάλαμος εργασίας δεν είναι στατικός, αλλά σχηματίζεται από την κίνηση του ρότορα.

Συσκευή

Πριν κατανοήσετε τη συσκευή, πρέπει να γνωρίζετε τα κύρια εξαρτήματα ενός περιστροφικού μοτέρ. Ο κινητήρας Wankel αποτελείται από:

• περίβλημα στάτορα ·
• στροφείο;
• ένα σετ γραναζιών?
• εκκεντρικός άξονας;
• μπουζί (ανάφλεξη και καύση).

Ένας περιστροφικός κινητήρας είναι μια μονάδα εσωτερικής καύσης. Σε αυτόν τον κινητήρα, και οι 4 διαδρομές εργασίας πραγματοποιούνται πλήρως, ωστόσο, για κάθε φάση υπάρχει ο δικός του θάλαμος, ο οποίος σχηματίζεται από τον ρότορα με περιστρεφόμενη κίνηση. 

Όταν η ανάφλεξη είναι ενεργοποιημένη, η μίζα γυρίζει το σφόνδυλο και ο κινητήρας ξεκινά. Περιστρέφοντας, ο ρότορας, μέσω της κορώνας του γραναζιού, μεταδίδει ροπή στον εκκεντρικό άξονα (για έναν κινητήρα εμβόλου, αυτός είναι ένας εκκεντροφόρος άξονας). 

Το αποτέλεσμα της εργασίας του κινητήρα Wankel πρέπει να είναι ο σχηματισμός πίεσης του μίγματος εργασίας, αναγκάζοντας τις περιστροφικές κινήσεις του ρότορα να επαναλαμβάνονται ξανά και ξανά, μεταδίδοντας ροπή στο κιβώτιο ταχυτήτων. 

Σε αυτόν τον κινητήρα, οι κύλινδροι, τα έμβολα, ο στροφαλοφόρος άξονας με τις ράβδους σύνδεσης αντικαθιστούν ολόκληρο το περίβλημα του στάτορα με έναν ρότορα. Χάρη σε αυτό, ο όγκος του κινητήρα μειώνεται σημαντικά, ενώ η ισχύς είναι πολλές φορές υψηλότερη από εκείνη ενός κλασικού κινητήρα με μηχανισμό μανιβέλας, με τον ίδιο όγκο. Αυτός ο σχεδιασμός έχει υψηλό κιβώτιο ταχυτήτων επίσης λόγω χαμηλών απωλειών τριβής.

Παρεμπιπτόντως, η ταχύτητα λειτουργίας του κινητήρα μπορεί να υπερβαίνει τις 7000 σ.α.λ., ενώ οι κινητήρες Mazda Wankel (για αθλητικούς αγώνες) υπερβαίνουν τις 10000 σ.α.λ. 

Σχέδιο

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα αυτής της μονάδας είναι η συμπαγής της και το μικρότερο βάρος της σε σύγκριση με κλασικούς κινητήρες ίδιου μεγέθους. Η διάταξη σάς επιτρέπει να μειώσετε σημαντικά το κέντρο βάρους και αυτό επηρεάζει ευνοϊκά τη σταθερότητα και την ευκρίνεια του ελέγχου. Τα μικρά αεροσκάφη, τα σπορ αυτοκίνητα και τα μηχανοκίνητα οχήματα χρησιμοποίησαν και εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αυτό το πλεονέκτημα. 

Ιστορία

Η ιστορία της προέλευσης και της εξάπλωσης του κινητήρα Wankel θα σας επιτρέψει να κατανοήσετε καλύτερα γιατί ήταν ο καλύτερος κινητήρας στην εποχή του και γιατί εγκαταλείφθηκε σήμερα.

Πρόωρες εξελίξεις

Το 1951, η γερμανική εταιρεία NSU Motorenwerke ανέπτυξε δύο κινητήρες: τον πρώτο - από τον Felix Wankel, με το όνομα DKM, και τον δεύτερο - τον KKM του Hans Paschke (βασισμένος στην ανάπτυξη του Wankel). 

Η βάση της λειτουργίας της μονάδας Wankel ήταν η ξεχωριστή περιστροφή του αμαξώματος και του ρότορα, λόγω των οποίων οι περιστροφές λειτουργίας έφτασαν τα 17000 ανά λεπτό. Η ενόχληση ήταν ότι ο κινητήρας έπρεπε να αποσυναρμολογηθεί για να αντικαταστήσει τα μπουζί. Αλλά ο κινητήρας KKM είχε σταθερό αμάξωμα και ο σχεδιασμός του ήταν πολύ απλούστερος από το κύριο πρωτότυπο.

Έκδοση αδειών

Το 1960, η NSU Motorenwerke υπέγραψε συμφωνία με την αμερικανική κατασκευαστική εταιρεία Curtiss-Wright Corporation. Το συμβόλαιο ήταν για τους Γερμανούς μηχανικούς να επικεντρωθούν στην ανάπτυξη μικρών περιστροφικών εμβόλων για ελαφρά οχήματα, ενώ ο Αμερικανός Curtis-Wright ασχολήθηκε με την ανάπτυξη κινητήρων αεροσκαφών. Ο Γερμανός μηχανικός Max Bentele προσλήφθηκε επίσης ως σχεδιαστής. 

Η συντριπτική πλειοψηφία των παγκόσμιων κατασκευαστών αυτοκινήτων, συμπεριλαμβανομένων των Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda και πολλών άλλων. Το 1959, η αμερικανική εταιρεία παρουσίασε μια βελτιωμένη έκδοση του κινητήρα Wankel και ένα χρόνο αργότερα η βρετανική Rolls Royce έδειξε τον περιστροφικό έμβολο κινητήρα ντίζελ δύο σταδίων.

Εν τω μεταξύ, ορισμένες ευρωπαϊκές αυτοκινητοβιομηχανίες άρχισαν να προσπαθούν να εξοπλίσουν αυτοκίνητα με νέους κινητήρες, αλλά δεν βρήκαν όλοι την εφαρμογή τους: η GM αρνήθηκε, η Citroen σταθεροποιήθηκε στην ανάπτυξη ενός κινητήρα με αντίθετα έμβολα για αεροσκάφη και η Mercedes-Benz εγκατέστησε έναν περιστροφικό έμβολο στο πειραματικό μοντέλο C 111. 

Το 1961, στη Σοβιετική Ένωση, η NAMI, μαζί με άλλα ερευνητικά ιδρύματα, ξεκίνησε την ανάπτυξη του κινητήρα Wankel. Σχεδιάστηκαν πολλές επιλογές, μία από αυτές βρήκε την εφαρμογή της στο αυτοκίνητο VAZ-2105 για το KGB. Ο ακριβής αριθμός συναρμολογημένων κινητήρων είναι άγνωστος, αλλά δεν υπερβαίνει αρκετές δεκάδες. 

Παρεμπιπτόντως, χρόνια αργότερα, μόνο η αυτοκινητοβιομηχανία Mazda βρήκε πραγματικά τη χρήση ενός κινητήρα με περιστροφικό έμβολο. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι το μοντέλο RX-8.

Εξελίξεις μοτοσικλετών

Στη Βρετανία, ο κατασκευαστής μοτοσικλετών Norton Motorcycles ανέπτυξε τον αερόψυκτο περιστροφικό κινητήρα Sachs για μηχανοκίνητα οχήματα. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για την εξέλιξη διαβάζοντας τη μοτοσικλέτα Hercules W-2000.

Η Suzuki δεν στάθηκε στην άκρη και κυκλοφόρησε επίσης τη δική της μοτοσικλέτα. Ωστόσο, οι μηχανικοί επεξεργάστηκαν προσεκτικά το σχέδιο του κινητήρα, χρησιμοποίησαν ένα σιδηρούχο κράμα, το οποίο αύξησε σημαντικά την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής της μονάδας.

Εξελίξεις για αυτοκίνητα

Έχοντας υπογράψει μια ερευνητική σύμβαση μεταξύ της Mazda και της NSU, οι εταιρείες άρχισαν να ανταγωνίζονται για το πρωτάθλημα στην παραγωγή του πρώτου αυτοκινήτου με μονάδα Wankel. Ως αποτέλεσμα, το 1964, η NSU παρουσίασε το πρώτο της αυτοκίνητο, το NSU Spider, σε απάντηση, η Mazda παρουσίασε ένα πρωτότυπο κινητήρων 2 και 4 στροφέων. Μετά από 3 χρόνια, η NSU Motorenwerke κυκλοφόρησε το μοντέλο Ro 80, αλλά έλαβε πολλές αρνητικές κριτικές λόγω πολυάριθμων αποτυχιών στο φόντο ενός ατελούς σχεδίου. Αυτό το πρόβλημα δεν λύθηκε μέχρι το 1972 και η εταιρεία μετά από 7 χρόνια απορροφήθηκε από την Audi και οι κινητήρες Wankel είχαν ήδη αποκτήσει ένα κακό όνομα.

Ο ιαπωνικός κατασκευαστής Mazda ανακοίνωσε ότι οι μηχανικοί τους έλυσαν το πρόβλημα της σφράγισης της κορυφής (για στεγανότητα μεταξύ των θαλάμων), άρχισαν να χρησιμοποιούν κινητήρες όχι μόνο σε σπορ αυτοκίνητα, αλλά και σε επαγγελματικά οχήματα. Παρεμπιπτόντως, οι ιδιοκτήτες αυτοκινήτων Mazda με περιστροφικό κινητήρα σημείωσαν την υψηλή απόκριση του γκαζιού και την ελαστικότητα του κινητήρα.

Η Mazda εγκατέλειψε αργότερα τη μαζική εισαγωγή του προηγμένου κινητήρα, εγκαθιστώντας τον μόνο στα μοντέλα RX-7 και RX-8. Για το RX-8, σχεδιάστηκε ο κινητήρας Renesis, ο οποίος έχει βελτιωθεί με πολλούς τρόπους, δηλαδή:

• εκτοπισμένοι εξαεριστήρες για τη βελτίωση της φουσκώματος, η οποία αύξησε σημαντικά την ισχύ.
• πρόσθεσε μερικά κεραμικά μέρη για να αποφευχθεί η θερμική παραμόρφωση.
• καλά μελετημένο ηλεκτρονικό σύστημα διαχείρισης κινητήρα.
• η παρουσία δύο μπουζί (κύρια και για καυστήρα) ·
• προσθέτοντας ένα μπουφάν νερού για την εξάλειψη της συσσώρευσης άνθρακα στην πρίζα.

Ως αποτέλεσμα, επιτεύχθηκε ένας συμπαγής κινητήρας με όγκο 1.3 λίτρων και ισχύ εξόδου περίπου 231 ίππων.

Πλεονεκτήματα

Τα κύρια πλεονεκτήματα ενός κινητήρα περιστροφικού εμβόλου:

1. Το χαμηλό βάρος και οι διαστάσεις του, που επηρεάζουν άμεσα τη βάση του σχεδιασμού του αυτοκινήτου. Αυτός ο παράγοντας είναι σημαντικός κατά το σχεδιασμό ενός σπορ αυτοκινήτου με χαμηλό κέντρο βάρους.
2. Λιγότερες λεπτομέρειες. Αυτό όχι μόνο σας επιτρέπει να μειώσετε το κόστος συντήρησης του κινητήρα, αλλά και να μειώσετε τις απώλειες ισχύος για κίνηση ή περιστροφή σχετικών εξαρτημάτων. Αυτός ο παράγοντας επηρέασε άμεσα την υψηλή απόδοση.
3. Με τον ίδιο όγκο με έναν κλασικό κινητήρα εμβόλου, η ισχύς ενός κινητήρα περιστροφικού εμβόλου είναι 2-3 φορές υψηλότερη.
4. Ομαλότητα και ελαστικότητα της εργασίας, απουσία απτών δονήσεων λόγω του γεγονότος ότι δεν υπάρχουν παλινδρομικές κινήσεις των κύριων μονάδων.
5. Ο κινητήρας μπορεί να τροφοδοτείται από βενζίνη χαμηλού οκτανίου.
6. Το μεγάλο εύρος ταχύτητας λειτουργίας επιτρέπει τη χρήση του κιβωτίου ταχυτήτων με μικρότερα γρανάζια, κάτι που είναι εξαιρετικά βολικό για αστικές συνθήκες.
7. Η ροπή «ράφι» παρέχεται για ⅔ του κύκλου και όχι για ένα τέταρτο, όπως στον κινητήρα Otto.
8. Το λάδι κινητήρα δεν είναι πρακτικά μολυσμένο, το διάστημα αποστράγγισης είναι πολλές φορές μεγαλύτερο. Εδώ, το λάδι δεν υπόκειται σε καύση, όπως στους κινητήρες εμβόλου, αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται μέσω των δακτυλίων.
9. Δεν υπάρχει έκρηξη.

Παρεμπιπτόντως, έχει αποδειχθεί ότι ακόμη και αν αυτός ο κινητήρας βρίσκεται στα πρόθυρα ενός πόρου, καταναλώνει πολύ λάδι, λειτουργεί σε χαμηλή συμπίεση, η ισχύς του θα μειωθεί ελαφρώς. Ήταν αυτό το πλεονέκτημα που με δωροδότησε στην εγκατάσταση ενός περιστροφικού εμβόλου κινητήρα στο αεροσκάφος.

Μαζί με εντυπωσιακά πλεονεκτήματα, υπάρχουν επίσης μειονεκτήματα που εμπόδισαν τον προηγμένο περιστροφικό έμβολο να φτάσει στις μάζες.

 Περιορισμοί

1. Η διαδικασία καύσης δεν είναι αρκετά αποτελεσματική, λόγω της οποίας η κατανάλωση καυσίμου αυξάνεται και τα πρότυπα τοξικότητας επιδεινώνονται. Το πρόβλημα επιλύεται εν μέρει από την παρουσία ενός δεύτερου μπουζί, το οποίο καίει το μίγμα εργασίας.
2. Υψηλή κατανάλωση λαδιού. Το μειονέκτημα οφείλεται στο γεγονός ότι οι κινητήρες Wankel λιπαίνονται υπερβολικά, και σε ορισμένες περιοχές, μερικές φορές, το λάδι μπορεί να καεί. Υπάρχει μια περίσσεια λαδιού στις ζώνες καύσης με αποτέλεσμα τη συσσώρευση άνθρακα. Προσπάθησαν να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα εγκαθιστώντας σωλήνες "θερμότητας" που βελτιώνουν τη μεταφορά θερμότητας και εξισώνουν τη θερμοκρασία λαδιού σε όλο τον κινητήρα.
3. Δυσκολία στην επισκευή. Δεν είναι όλοι οι ειδικοί έτοιμοι να αναλάβουν επαγγελματικά την επισκευή ενός κινητήρα Wankel. Δομικά, η μονάδα δεν είναι πιο περίπλοκη από έναν κλασικό κινητήρα, αλλά υπάρχουν πολλές αποχρώσεις, η μη τήρηση των οποίων θα οδηγήσει σε πρόωρη βλάβη του κινητήρα. Σε αυτό προσθέτουμε το υψηλό κόστος επισκευών.
4. Χαμηλός πόρος. Για τους ιδιοκτήτες Mazda RX-8, μια απόσταση 80 χλμ. Σημαίνει ότι είναι καιρός να κάνετε μια σημαντική αναθεώρηση. Δυστυχώς, τέτοια συμπαγή και υψηλή απόδοση πρέπει να πληρώνεται με δαπανηρές και πολύπλοκες επισκευές κάθε 000-80 χιλιάδες χιλιόμετρα.

Ερωτήσεις και απαντήσεις:

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός περιστροφικού κινητήρα και ενός εμβολοφόρου κινητήρα; Δεν υπάρχουν έμβολα σε έναν περιστροφικό κινητήρα, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρησιμοποιούνται παλινδρομικές κινήσεις για την περιστροφή του άξονα του κινητήρα εσωτερικής καύσης - ο ρότορας περιστρέφεται αμέσως σε αυτόν.

Τι είναι ένας περιστροφικός κινητήρας σε ένα αυτοκίνητο; Αυτή είναι μια θερμική μονάδα (λειτουργεί λόγω της καύσης ενός μείγματος αέρα-καυσίμου), μόνο που χρησιμοποιεί έναν περιστρεφόμενο ρότορα, στον οποίο είναι στερεωμένος ο άξονας, ο οποίος πηγαίνει στο κιβώτιο ταχυτήτων.

Γιατί ένας περιστροφικός κινητήρας είναι τόσο κακός; Το κύριο μειονέκτημα ενός περιστροφικού κινητήρα είναι ένας πολύ μικρός πόρος εργασίας λόγω της ταχείας φθοράς των στεγανοποιήσεων μεταξύ των θαλάμων καύσης της μονάδας (η γωνία λειτουργίας αλλάζει συνεχώς και η σταθερή θερμοκρασία πέφτει).