Wankelmotor: enhet, funktionsprincip

2024 Författare: Erin Ralphs | [email protected]. Senast ändrad: 2024-02-19 18:28

Förbränningsmotorn är en briljant uppfinning av mänskligheten. Tack vare förbränningsmotorn började tekniska framsteg att utvecklas avsevärt. Det finns flera typer av dessa inställningar. Men de mest kända är vevstång och kolv och roterande kolv. Den senare uppfanns av den tyske ingenjören Wankel i samarbete med W alter Freude. Denna kraftenhet har en annan anordning och funktionsprincip jämfört med den klassiska vevstake-kolv förbränningsmotorn. Vad är principen för driften av Wankelmotorn och varför har denna förbränningsmotor inte blivit så populär? Vi kommer att överväga allt detta i vår dagens artikel.

Karakteristisk

Så, vad är det här för motor? Detta är en förbränningsmotor som utvecklades av Felix Wankel 1957. Kolvens funktion i denna enhet utfördes av en rotor med tre vertex. Den roterade inuti ett speciellt format hålrum.

Efter ett antal experimentella modeller av motorcyklar och bilar som inträffade på 70-talet av förra seklet har efterfrågan på Wankelmotorn minskat avsevärt. Även om idag ett antal företag fortfarande arbetar påförbättring av denna motor. Så du kan möta Wankel-motorn på Mazda PX-serien. Den här enheten har också hittat sin tillämpning inom modellering.

Wankel-motorenhet

Denna kraftenhet består av flera komponenter:

• Cases (statorer).
• Förbränningskammare.
• Inlopps- och utloppsportar.
• Stationär utrustning.
• Kugghjul.
• Rotor.
• Vala.
• Tändstift.

Vilken funktionsprincip har Wankel-motorn? Vi kommer att titta på detta nedan.

Arbetsprincip

Denna ICE fungerar enligt följande. Rotorn, monterad på en excentrisk axel genom lager, drivs av kraften från gastrycket, som bildades som ett resultat av förbränningen av luft-bränsleblandningen. Motorrotorn i förhållande till statorn genom ett par kugghjul. En av dem (stor) är placerad på rotorns inre yta. Den andra (stödet) är mindre och är tätt fastsatt på motorns sidokåpa. Genom samverkan mellan kugghjulen producerar rotorn excentriska cirkulära rörelser. Sålunda är dess kanter i kontakt med den inre ytan av förbränningskammaren.

Som ett resultat bildas flera isolerade kammare med variabel volym mellan motorhuset och rotorn. Deras antal är alltid 3. I dessa kammare sker processen för komprimering av blandningen, dess förbränning, expansion av gaser (som därefter sätter tryck på rotorns arbetsyta) och deras avlägsnande. Som ett resultattändning av bränslet, rotorn drivs och överför vridmomentet till den excentriska axeln. Den senare monteras på lager och överför sedan kraft till transmissionsenheterna. Och först då går kraftmomentet från Wankel-motorn till hjulen enligt det klassiska schemat - genom en kardandrivning och axelaxlar till naven. Således arbetar flera mekaniska par samtidigt i en roterande motor. Den första är ansvarig för rotorns rörelse och består av flera växlar. Den andra de omvandlar rotorns rörelse till varv på den excentriska axeln.

Utväxlingen för statorn (huset) och växlarna är alltid stabila och är 3:2. Således har rotorn tid att rotera för ett helt varv av axeln med 120 grader. I sin tur, för ett helt varv av rotorn, utförs en fyrtaktscykel för drift av förbränningsmotorn i var och en av de tre kamrarna som bildas av ytorna.

Förmåner

Vilka är fördelarna med denna förbränningsmotor? Wankel roterande kolvmotor har en enklare design än kolvstångsmotorn. Så antalet delar i den är 40 procent mindre än i en kolvfyrtakts förbränningsmotor. Men ändå är det inte möjligt att skapa en Wankel-motor med dina egna händer utan sofistikerad utrustning. När allt kommer omkring har rotorn en mycket komplex form. De som har försökt göra en hemmagjord Wankelmotor med sina egna händer har drabbats av många misslyckanden.

Men låt oss fortsätta med fördelarna. I utformningen av den roterande enheten finns det ingen vevaxel, gasdistributionsmekanism. Dessutom finns det inga vevstakar ochkolvar. Den brännbara blandningen kommer in i kammaren genom inloppsfönstret, som öppnas av rotorns kant. Och avgaserna i slutet av arbetscykeln släpps ut från kroppen genom avgasporten. Återigen utförs ventilens roll här av kanten på själva rotorn. Dessutom finns det ingen kamaxel i designen (av vilka flera nu används på vevstakeenheter). Wankel roterande kolvmotor liknar en tvåtaktsmotor när det gäller principen för driften av gasdistributionsmekanismen.

Separat är det värt att nämna smörjsystemet. Det saknas faktiskt i Wankel-rotationsmotorn. Men hur fungerar då friktionspar? Det är enkelt: olja tillsätts till själva den brännbara blandningen (som i primitiva motorcykelmotorer). Således utförs smörjningen av gnidningsdelar av själva luft-bränsleblandningen. Konstruktionen saknar oljepumpen som är bekant för alla, som tar smörjmedlet från sumpen och sprutar den under speciellt tryck.

En annan fördel med Wankel-motorn är dess låga vikt och storlek. Eftersom nästan hälften av de delar som är obligatoriska i kolvmotorer saknas här är den roterande enheten mer kompakt och får plats i vilket motorrum som helst. kompakta dimensioner gör att du kan använda utrymmet i motorrummet mer rationellt, samt ge en mer enhetlig belastning på fram- och bakaxeln (trots allt, i bilar med konventionella motorer, faller mer än 70 procent av belastningen på framsidan del). Och tack vare den låga vikten uppnås hög stabilitet. Ja, det har motornlägsta vibrationsnivå, vilket har en positiv effekt på maskinens komfort.

Nästa plus med denna enhet är den höga specifika effekten, som uppnås vid höga axelhastigheter. Denna funktion låter dig uppnå bra tekniska egenskaper. Det är därför Wankel-motorn används i Mazdas sportbilar. Motorn snurrar lätt upp till sju eller fler tusen varv. Samtidigt ger den mycket mer vridmoment och kraft vid liten volym. Allt detta har en positiv effekt på bilens accelererande dynamik. Till exempel kan du ta bilen "Mazda RX-8". Med en volym på 1,3 liter ger motorn 210 hästkrafter.

Designfel

Med tanke på enheten och funktionsprincipen för Wankel-rotationsmotorn är det värt att notera det huvudsakliga designfelet. Detta är den låga effektiviteten hos sp alttätningarna mellan förbränningskammaren och rotorn. Den senare har en ganska komplex form, vilket kräver pålitlig tätning inte bara längs kanterna (av vilka det finns fyra tot alt), utan också längs sidoytan (som är i kontakt med motorkåpan). Samtidigt är de gjorda i form av fjäderbelastade stålband med särskilt exakt bearbetning både från ändarna och från arbetsytorna. Alla möjligheter till expansion under uppvärmning, som ingår i konstruktionen, försämrar dessa egenskaper. På grund av detta är det omöjligt att undvika genombrott av gaser i tätningsplattornas ändställen. I kolvmotorer tillämpas labyrinteffekten. Så designen använder tre tätningsringar med mellanrum i olika riktningar.

Men det är värt att notera att de senaste åren har kvaliteten på tätningar ökat. Konstruktörerna har förbättrat Wankel-motorn med nya material för tätningar. Men ändå anses gasgenombrott vara den svagaste punkten i en roterande förbränningsmotor.

Oljeförbrukning

Som vi sa tidigare, det finns inget smörjsystem som sådant i denna motor. På grund av det faktum att oljan kommer in tillsammans med den brännbara blandningen ökar dess förbrukning avsevärt. Och om på vevstångsmotorer den naturliga förlusten av smörjmedel utesluts eller inte är mer än 100 gram per tusen kilometer, så varierar denna parameter på roterande motorer från 0,4 till 1 liter per tusen kilometer. Detta beror på att det komplexa tätningssystemet kräver mer effektiv smörjning av ytorna. På grund av den höga oljeförbrukningen kan dessa motorer inte heller uppfylla moderna miljökrav. Avgaserna från bilar med Wankelmotor innehåller många ämnen som är farliga för kroppen och miljön.

Dessutom kunde den roterande motorn bara köras på högkvalitativa och dyra oljor. Detta beror på flera faktorer:

• Tendens att komma i kontakt med delar av motorkammaren och rotorn till högt slitage.
• Tendensen hos friktionspar att överhettas.

Andra problem

Oregelbundna oljebyten hotade att förkorta förbränningsmotorns livslängd, eftersom partiklarna i det gamla smörjmedlet fungerade som ett slipmedel, vilket ökade luckorna och sannolikheten för avgasgenombrott i kammaren. Denna enhet kilar även fast vid överhettning. Och när du kör i kallt väder,kylningen kan ha varit överdriven.

RPD själv har en högre driftstemperatur än någon kolvmotor. Förbränningskammaren anses vara den mest belastade. den har en liten volym. Och på grund av den utökade formen är kammaren benägen att detonera. Förutom oljan kräver Wankelmotorn kvaliteten på ljusen. De installeras i par och ändras strikt enligt de tekniska föreskrifterna. Bland andra punkter är det värt att notera den otillräckliga elasticiteten hos den roterande motorn. Så dessa förbränningsmotorer kan producera utmärkta hastighets- och effektegenskaper endast vid höga rotorhastigheter - från 6 till 10 eller mer tusen per minut. Denna funktion tvingar designers att förfina designen av växellådor, vilket gör dem i flera steg.

En annan nackdel är hög bränsleförbrukning. Till exempel, om du tar en 1,3-liters Mazda RX-8 roterande kolvmotor, enligt passdata, förbrukar den från 14 till 18 liter bränsle. Dessutom rekommenderas endast högoktanig bensin för användning.

Om tillämpningen av RPD i bilindustrin

Denna motor var mest populär i slutet av 60-talet och början av 70-talet av förra seklet. Wankel RPD-patentet har förvärvats av 11 ledande biltillverkare. Så under det 67:e året utvecklade NSU den första affärsklassbilen med en roterande motor, som kallades NSU RO 80. Denna modell massproducerades i 10 år. Tot alt släpptes mer än 37 tusen exemplar. Bilen var populär, men bristerna i den roterande motorn skamlade så småningom denna bils rykte. Mot andras bakgrundNSU-modeller, NSU RO 80 sedan var den mest opålitliga. Körsträckan före översynen var bara 50 tusen med de deklarerade 100.

Också Peugeot-Citroen-koncernen, Mazda-företaget och VAZ-fabriken experimenterade med roterande motorer (vi kommer att prata om det här fallet separat nedan). Japanerna nådde störst framgång genom att släppa en personbil med roterande motor under det 63:e året. För tillfället utrustar japanerna fortfarande RPD på sina sportbilar i RX-serien. Än i dag är de fria från många av de "barnsjukdomar" som var inneboende i den tidens RAP.

Wankel RPD och motorcykelindustrin

På 70- och 80-talen av förra seklet experimenterade vissa motorcykeltillverkare med roterande motorer. Dessa är Hercules och Suzuki. Nu har massproduktion av roterande motorcyklar etablerats endast hos Norton. Detta märke producerar NRV588 sportcyklar utrustade med dubbelrotormotorer med en total volym på 588 kubikcentimeter. Effekten på Norton-cykeln är 170 hästkrafter. med en tjänstevikt på 130 kg har denna motorcykel utmärkt dynamisk prestanda. Dessutom är dessa RPD:er utrustade med ett elektroniskt bränsleinsprutningssystem och en variabel insugningskanal.

Intressanta fakta

Dessa kraftenheter används ofta bland flygplansmodellerare. Eftersom det inte finns några krav på effektivitet och tillförlitlighet i modellens förbränningsmotor, visade sig produktionen av sådana motorer vara billig. I sådana förbränningsmotorer finns det inga rotortätningar alls, eller så har de den mest primitiva designen. Den största fördelen med dettaflygplansmodellenhet är att den är lätt att installera i en flygande skalenlig modell. ICE är lätt och kompakt.

Ett till faktum: Felix Wankel, efter att ha fått patent på RPD 1936, blev uppfinnaren av inte bara roterande motorer, utan även kompressorer, såväl som pumpar som fungerade enligt samma schema. Sådana enheter finns i verkstäder och i produktionen. Förresten, bärbara elektriska däckpumpar är designade exakt enligt denna princip.

RPD- och VAZ-bilar

I sovjettiden var de också engagerade i skapandet av en roterande kolvmotor och dess installation på inhemska VAZ-bilar. Så den första RPD i Sovjetunionen var VAZ-311-motorn med en kapacitet på 70 hästkrafter. Den skapades på basis av den japanska enheten 13V. Men eftersom skapandet av motorn utfördes enligt orealistiska planer, visade sig enheten vara opålitlig efter att ha satts i massproduktion. Den första bilen med denna motor var VAZ-21018.

Men historien om att installera Wankel-motorn på VAZ slutar inte där. Den andra i raden var VAZ-415-kraftenheten, som användes i små partier på G8 på 80-talet. Denna kraftenhet hade bättre tekniska egenskaper. Effekt med en volym på 1308 kubikcentimeter ökade till 150 hästkrafter. Tack vare detta accelererade den sovjetiska VAZ-2108 med en roterande motor till hundratals på 9 sekunder. Och maxhastigheten var begränsad till 190 kilometer i timmen. Men denna motor var inte utan brister. I synnerhet är det en liten resurs. Han nådde knappt 80 tusenkilometer. Även bland nackdelarna är det värt att notera de höga kostnaderna för att skapa en sådan bil. Oljeförbrukningen var 700 gram för varje tusen kilometer. Bränsleförbrukningen är cirka 20 liter per hundra. Därför användes den roterande enheten endast på specialfordon, i små partier.

Slutsats

Så vi kom på vad Wankel-motorn är. Denna roterande enhet används nu i serie endast på Mazda-bilar och endast på en modell. Trots många förbättringar och försök från japanska ingenjörer att förbättra designen av RPD har den fortfarande en ganska liten resurs och kännetecknas av hög oljeförbrukning. Dessutom skiljer sig de nya 1,3-liters Mazdas inte i bränsleeffektivitet. Alla dessa brister hos den roterande motorn gör den opraktisk och underanvänds i bilindustrin.