Wankelov motor: zariadenie, princíp činnosti

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-19 18:22

Spaľovací motor je geniálny vynález ľudstva. Vďaka spaľovaciemu motoru sa začal výrazne rozvíjať technický pokrok. Existuje niekoľko typov týchto nastavení. Ale najznámejšie sú ojnica a piest a rotačný piest. Ten posledný vynašiel nemecký inžinier Wankel v spolupráci s W alterom Freudeom. Táto pohonná jednotka má v porovnaní s klasickým ojnicovo-piestovým spaľovacím motorom iné zariadenie a princíp činnosti. Aký je princíp činnosti Wankelovho motora a prečo sa tento spaľovací motor nestal tak populárnym? To všetko zvážime v našom dnešnom článku.

Charakteristika

Takže, čo je to za motor? Ide o spaľovací motor, ktorý vyvinul Felix Wankel v roku 1957. Funkciu piestu v tejto jednotke plnil trojvertexový rotor. Otáčalo sa vo vnútri špeciálne tvarovanej dutiny.

Po množstve experimentálnych modelov motocyklov a áut, ku ktorým došlo v 70. rokoch minulého storočia, dopyt po Wankelovom motore výrazne klesol. Aj keď dnes množstvo spoločností stále pracuje nazlepšenie tohto motora. S Wankelovým motorom sa teda môžete stretnúť na sérii Mazda PX. Táto jednotka našla svoje uplatnenie aj v modelingu.

Zariadenie Wankelovho motora

Táto pohonná jednotka pozostáva z niekoľkých komponentov:

• Puzdre (statory).
• Spaľovacie komory.
• Vstupné a výstupné porty.
• Stacionárny výstroj.
• Ozubené koleso.
• Rotor.
• Vala.
• Zapaľovacie sviečky.

Aký je princíp fungovania Wankelovho motora? Pozrieme sa na to nižšie.

Princíp činnosti

Tento ICE funguje nasledovne. Rotor, uložený na excentrickom hriadeli cez ložiská, je poháňaný silou tlaku plynu, ktorý vznikol v dôsledku spaľovania zmesi vzduch-palivo. Rotor motora vzhľadom na stator cez pár ozubených kolies. Jeden z nich (veľký) je umiestnený na vnútornom povrchu rotora. Druhá (podpora) je menšia a je pevne pripevnená k bočnému krytu motora. Prostredníctvom interakcie ozubených kolies vytvára rotor excentrické kruhové pohyby. Jeho okraje sú teda v kontakte s vnútorným povrchom spaľovacej komory.

V dôsledku toho sa medzi skriňou motora a rotorom vytvorí niekoľko izolovaných komôr s premenlivým objemom. Ich počet je vždy 3. V týchto komorách prebieha proces stláčania zmesi, jej horenia, expanzie plynov (ktoré následne vyvíjajú tlak na pracovnú plochu rotora) a ich odstraňovanie. Ako výsledokzapálenie paliva, rotor je poháňaný a prenáša krútiaci moment na excentrický hriadeľ. Ten je namontovaný na ložiskách a potom prenáša výkon na prevodové jednotky. A až potom moment síl Wankelovho motora ide na kolesá podľa klasickej schémy - cez kardanový pohon a nápravové hriadele k nábojom. V rotačnom motore teda súčasne pracuje niekoľko mechanických párov. Prvý je zodpovedný za pohyb rotora a pozostáva z niekoľkých ozubených kolies. Druhý de prevádza pohyb rotora na otáčky excentrického hriadeľa.

Prevodový pomer statora (krytu) a ozubených kolies je vždy stabilný a je 3:2. Rotor má teda čas otočiť sa na celú otáčku hriadeľa o 120 stupňov. Na druhej strane, pri plnej otáčke rotora sa v každej z troch komôr tvorených čelnými plochami vykoná štvortaktný cyklus činnosti spaľovacieho motora.

Výhody

Aké sú výhody tohto spaľovacieho motora? Wankelov motor s rotačnými piestami má jednoduchšiu konštrukciu ako motor s piestovou tyčou. Počet dielov v ňom je teda o 40 percent nižší ako v piestovom štvortaktnom spaľovacom motore. Napriek tomu nie je možné vytvoriť Wankelov motor vlastnými rukami bez sofistikovaného vybavenia. Koniec koncov, rotor má veľmi zložitý tvar. Tí, ktorí sa pokúsili vyrobiť si vlastný Wankelov motor vlastnými rukami, utrpeli množstvo porúch.

Ale poďme k výhodám. V konštrukcii rotačnej jednotky nie je kľukový hriadeľ, mechanizmus distribúcie plynu. Tiež neexistujú žiadne spojovacie tyče apiesty. Horľavá zmes vstupuje do komory cez vstupné okno, ktoré sa otvára okrajom rotora. A výfukové plyny sa na konci pracovného cyklu uvoľňujú z tela cez výfukový otvor. Úlohu ventilu tu opäť plní okraj samotného rotora. V konštrukcii tiež nie je žiadny vačkový hriadeľ (ktorých niekoľko sa teraz používa na jednotkách ojníc). Wankelov motor s rotačnými piestami je podobný dvojtaktnému, pokiaľ ide o princíp fungovania mechanizmu distribúcie plynu.

Samostatne stojí za zmienku systém mazania. Vo Wankelovom rotačnom motore v skutočnosti absentuje. Ale ako potom fungujú trecie páry? Je to jednoduché: olej sa pridáva do samotnej horľavej zmesi (ako v primitívnych motocyklových motoroch). Mazanie trecích častí teda vykonáva samotná zmes vzduchu a paliva. Konštrukcii chýba každému známe olejové čerpadlo, ktoré odoberá mazivo z vane a rozprašuje ho pod špeciálnym tlakom.

Ďalšou výhodou Wankelovho motora je jeho nízka hmotnosť a veľkosť. Keďže tu chýba takmer polovica dielov, ktoré sú v piestových motoroch povinné, rotačná jednotka je kompaktnejšia a zmestí sa do každého motorového priestoru. kompaktné rozmery umožňujú racionálnejšie využívať priestor motorového priestoru, ako aj rovnomernejšie zaťaženie prednej a zadnej nápravy (napokon, v automobiloch s konvenčnými motormi pripadá viac ako 70 percent zaťaženia na prednú nápravu časť). A vďaka nízkej hmotnosti je dosiahnutá vysoká stabilita. Áno, motor máminimálna úroveň vibrácií, čo má pozitívny vplyv na pohodlie stroja.

Ďalším plusom tejto jednotky je vysoký špecifický výkon, ktorý sa dosahuje pri vysokých otáčkach hriadeľa. Táto funkcia vám umožňuje dosiahnuť dobré technické vlastnosti. To je dôvod, prečo sa Wankelov motor používa v športových autách Mazda. Motor bez problémov vytočí až sedem a viac tisíc otáčok. Zároveň poskytuje oveľa viac krútiaceho momentu a výkonu pri malom objeme. To všetko má pozitívny vplyv na akceleračnú dynamiku auta. Môžete si napríklad vziať auto "Mazda RX-8". S objemom 1,3 litra produkuje motor 210 koní.

Konštrukčné chyby

Vzhľadom na zariadenie a princíp činnosti Wankelovho rotačného motora stojí za zmienku hlavný konštrukčný nedostatok. Ide o nízku účinnosť tesnení medzi spaľovacou komorou a rotorom. Ten má pomerne zložitý tvar, ktorý vyžaduje spoľahlivé utesnenie nielen pozdĺž okrajov (ktoré sú celkom štyri), ale aj pozdĺž bočného povrchu (ktoré sú v kontakte s krytom motora). Zároveň sú vyrobené vo forme oceľových odpružených pásov s obzvlášť presným spracovaním ako z koncov, tak aj z pracovných plôch. Všetky tolerancie na expanziu počas zahrievania, zahrnuté v návrhu, zhoršujú tieto charakteristiky. Z tohto dôvodu nie je možné vyhnúť sa prieniku plynov v koncových miestach tesniacich dosiek. V piestových motoroch sa uplatňuje labyrintový efekt. Dizajn teda používa tri tesniace krúžky s medzerami v rôznych smeroch.

Je však potrebné poznamenať, že v posledných rokoch sa kvalita tesnení zvýšila. Konštruktéri vylepšili Wankelov motor použitím nových materiálov na tesnenia. Napriek tomu sa prielom plynu považuje za najslabšie miesto v rotačnom spaľovacom motore.

Spotreba oleja

Ako sme už povedali, tento motor nemá žiadny mazací systém ako taký. Vzhľadom na to, že olej vstupuje spolu s horľavou zmesou, jeho spotreba sa výrazne zvyšuje. A ak je pri motoroch s ojnicou prirodzená strata maziva vylúčená alebo nie je väčšia ako 100 gramov na 1 000 kilometrov, potom sa pri rotačných motoroch tento parameter pohybuje od 0,4 do 1 litra na tisíc kilometrov. Komplexný tesniaci systém si totiž vyžaduje účinnejšie mazanie povrchov. Tiež kvôli vysokej spotrebe oleja nemôžu tieto motory spĺňať moderné ekologické normy. Výfukové plyny áut s Wankelovým motorom obsahujú veľa látok nebezpečných pre telo a životné prostredie.

Okrem toho, rotačný motor mohol bežať len na vysokokvalitné a drahé oleje. Je to spôsobené niekoľkými faktormi:

• Tendencia kontaktu častí komory motora a rotora k vysokému opotrebovaniu.
• Tendencia trecích párov k prehriatiu.

Iné problémy

Nepravidelné výmeny oleja hrozili skrátením životnosti spaľovacieho motora, pretože častice starého maziva pôsobili ako abrazívum, zväčšovali medzery a pravdepodobnosť prieniku výfukových plynov do komory. Táto jednotka sa tiež zaklinuje pri prehriatí. A pri jazde v chladnom počasí,chladenie mohlo byť nadmerné.

Samotné RPD má vyššiu prevádzkovú teplotu ako ktorýkoľvek piestový motor. Spaľovacia komora sa považuje za najviac zaťaženú. má malý objem. A kvôli predĺženému tvaru je komora náchylná na výbuch. Okrem oleja je Wankelov motor náročný na kvalitu sviečok. Inštalujú sa v pároch a menia sa prísne podľa technických predpisov. Okrem iného stojí za zmienku nedostatočná elasticita rotačného motora. Takže tieto spaľovacie motory môžu produkovať vynikajúce rýchlostné a výkonové charakteristiky iba pri vysokých otáčkach rotora - od 6 do 10 alebo viac tisíc za minútu. Táto funkcia núti dizajnérov vylepšovať dizajn prevodoviek, vďaka čomu sú viacstupňové.

Ďalšou nevýhodou je vysoká spotreba paliva. Napríklad, ak si vezmete 1,3-litrový motor Mazda RX-8 s rotačnými piestami, podľa pasových údajov spotrebuje 14 až 18 litrov paliva. Okrem toho sa odporúča používať iba vysokooktánový benzín.

O aplikácii RPD v automobilovom priemysle

Tento motor bol najpopulárnejší koncom 60. a začiatkom 70. rokov minulého storočia. Patent Wankel RPD získalo 11 popredných výrobcov automobilov. V 67. roku teda NSU vyvinulo prvé auto obchodnej triedy s rotačným motorom, ktoré sa nazývalo NSU RO 80. Tento model sa sériovo vyrábal 10 rokov. Celkovo bolo vydaných viac ako 37 tisíc kópií. Auto bolo obľúbené, no nedostatky rotačného motora nakoniec pošramotili povesť tohto auta. Na pozadí ostatnýchModely NSU, sedan NSU RO 80 bol najnespoľahlivejší. Najazdených kilometrov pred generálnou opravou bolo len 50 tisíc s deklarovanými 100.

S rotačnými motormi experimentoval aj koncern Peugeot-Citroen, spoločnosť Mazda a závod VAZ (o tomto prípade si povieme samostatne nižšie). Najväčší úspech dosiahli Japonci vydaním osobného automobilu s rotačným motorom v 63. roku. V súčasnosti Japonci stále vybavujú RPD na svojich športových autách série RX. Dodnes sú bez mnohých „detských chorôb“, ktoré boli v tom čase vlastné RAP.

Wankel RPD a motocyklový priemysel

V 70. a 80. rokoch minulého storočia niektorí výrobcovia motocyklov experimentovali s rotačnými motormi. Toto sú Herkules a Suzuki. Teraz bola sériová výroba rotačných motocyklov zavedená iba v Nortone. Táto značka vyrába športové bicykle NRV588 vybavené dvojrotorovými motormi s celkovým objemom 588 kubických centimetrov. Výkon bicykla Norton je 170 koní. s pohotovostnou hmotnosťou 130 kilogramov má tento motocykel vynikajúci dynamický výkon. Okrem toho sú tieto RPD vybavené elektronickým systémom vstrekovania paliva a variabilným sacím traktom.

Zaujímavé fakty

Tieto pohonné jednotky sú široko používané medzi leteckými modelármi. Pretože v modelovom spaľovacom motore neexistujú žiadne požiadavky na účinnosť a spoľahlivosť, výroba takýchto motorov sa ukázala ako lacná. V takýchto spaľovacích motoroch nie sú vôbec žiadne tesnenia rotora alebo majú najprimitívnejšiu konštrukciu. Hlavná výhoda tohtoJednotka modelu lietadla spočíva v tom, že sa ľahko inštaluje do lietajúceho modelu. ICE je ľahký a kompaktný.

Ešte jeden fakt: Felix Wankel, ktorý získal patent na RPD v roku 1936, sa stal vynálezcom nielen rotačných motorov, ale aj kompresorov, ako aj čerpadiel, ktoré fungovali podľa rovnakej schémy. Takéto jednotky možno nájsť v opravovniach a vo výrobe. Mimochodom, prenosné elektrické pumpy na hustenie pneumatík sú navrhnuté presne podľa tohto princípu.

autá RPD a VAZ

V sovietskych časoch sa tiež zaoberali vytvorením rotačného piestového motora a jeho inštaláciou na domáce autá VAZ. Prvým RPD v ZSSR bol motor VAZ-311 s kapacitou 70 koní. Bol vytvorený na základe japonskej jednotky 13V. Ale keďže vytvorenie motora sa uskutočnilo podľa nerealistických plánov, jednotka sa po uvedení do sériovej výroby ukázala ako nespoľahlivá. Prvým autom s týmto motorom bol VAZ-21018.

Tým sa však príbeh inštalácie Wankelovho motora na VAZ nekončí. Druhou v poradí bola pohonná jednotka VAZ-415, ktorá sa v malých sériách používala na G8 v 80. rokoch. Táto pohonná jednotka mala lepšie technické vlastnosti. Výkon s objemom 1308 kubických centimetrov narástol na 150 koní. Vďaka tomu sovietsky VAZ-2108 s rotačným motorom zrýchlil na stovky za 9 sekúnd. A maximálna rýchlosť bola obmedzená na 190 kilometrov za hodinu. Ale tento motor nebol bez chýb. Ide najmä o malý zdroj. Dosiahol sotva 80 tisíckilometrov. Medzi mínusmi stojí za zmienku aj vysoké náklady na vytvorenie takéhoto auta. Spotreba oleja bola 700 gramov na každých tisíc kilometrov. Spotreba paliva je asi 20 litrov na sto. Preto sa rotačná jednotka používala iba na vozidlách špeciálnych služieb, v malých sériách.

Záver

Takže sme prišli na to, čo je Wankelov motor. Táto rotačná jednotka sa teraz sériovo používa iba na autách Mazda a iba na jednom modeli. Napriek mnohým zlepšeniam a pokusom japonských inžinierov zlepšiť dizajn RPD má stále pomerne malý zdroj a vyznačuje sa vysokou spotrebou oleja. Nové 1,3-litrové Mazdy sa tiež nelíšia v spotrebe paliva. Všetky tieto nedostatky rotačného motora spôsobujú, že je nepraktický a málo používaný v automobilovom priemysle.