Wankelov motor - zariadenie a princíp činnosti automobilu RPD

V priebehu histórie automobilového priemyslu prešlo veľa pokrokových riešení, zmenili sa návrhy komponentov a zostáv. Pred viac ako 30 rokmi sa začali aktívne pokusy posunúť piestový motor nabok, čo poskytlo výhodu rotačnému piestovému motoru Wankel. Kvôli mnohým okolnostiam však rotačné motory nezískali svoje právo na život. O tom všetkom si prečítajte nižšie.

Princíp činnosti

Rotor má trojuholníkový tvar, na každej strane má konvexný tvar, ktorý slúži ako piest. Každá strana rotora má špeciálne drážky, ktoré poskytujú viac priestoru pre zmes palivo - vzduch, čím zvyšujú prevádzkové otáčky motora. Horná časť okrajov je vybavená malou tesniacou prepážkou, ktorá uľahčuje vykonávanie každého úderu. Rotor je na oboch stranách opatrený tesniacimi krúžkami, ktoré tvoria stenu komôr. Stred rotora je vybavený zubami, pomocou ktorých sa mechanizmus otáča.

Princíp fungovania Wankelovho motora je úplne odlišný od klasického, spája ich však jediný proces pozostávajúci zo 4 zdvihov (sanie-kompresia-pracovný zdvih-výfuk). Palivo vstupuje do prvej vytvorenej komory, stláča sa v druhej, potom sa rotor otáča a stlačená zmes sa zapaľuje sviečkou potom, čo pracovná zmes otáča rotorom a vystupuje do výfukového potrubia. Hlavným rozlišovacím princípom je, že v motore s rotačnými piestami nie je pracovná komora statická, ale je tvorená pohybom rotora.

zariadenie

Pred porozumením zariadenia by ste mali poznať hlavné komponenty rotačného piestového motora. Wankelov motor pozostáva z:

• teleso statora;
• rotor;
• sada ozubených kolies;
• excentrický hriadeľ;
• zapaľovacie sviečky (zapaľovanie a dodatočné spaľovanie).

Rotačný motor je spaľovacia jednotka. V tomto motore prebiehajú všetky 4 pracovné zdvihy naplno, pre každú fázu však existuje vlastná komora, ktorú rotor vytvára rotačným pohybom. 

Po zapnutí zapaľovania štartér otočí zotrvačník a motor sa naštartuje. Rotujúci, rotor, cez korunu ozubeného kolesa, prenáša krútiaci moment na excentrický hriadeľ (pre piestový motor je to vačkový hriadeľ). 

Výsledkom práce Wankelovho motora by malo byť vytvorenie tlaku pracovnej zmesi, nútenie znovu a znovu opakovať rotačné pohyby rotora prenášajúce krútiaci moment na prevodovku. 

V tomto motore nahradia valce, piesty, kľukový hriadeľ s ojnicami celé puzdro statora rotorom. Vďaka tomu sa výrazne znížil objem motora, pričom výkon je mnohonásobne vyšší ako pri klasickom motore s kľukovým mechanizmom, pri rovnakom objeme. Táto konštrukcia má vysokú prevodovku aj kvôli nízkym stratám trením.

Mimochodom, prevádzkové otáčky motora môžu presiahnuť 7000 ot./min., Zatiaľ čo motory Mazda Wankel (pre športové podujatia) majú otáčky presahujúce 10000 XNUMX ot./min. 

Design

Jednou z hlavných výhod tohto agregátu je jeho kompaktnosť a nižšia hmotnosť v porovnaní s klasickými motormi rovnakej veľkosti. Rozloženie umožňuje výrazne znížiť ťažisko a to priaznivo ovplyvňuje stabilitu a ostrosť ovládania. Túto výhodu využívali a využívajú malé lietadlá, športové autá a motorové vozidlá. 

Príbeh

História vzniku a šírenia Wankelovho motora vám umožní lepšie pochopiť, prečo to bol najlepší motor svojej doby a prečo bol dnes opustený.

Počiatočný vývoj

V roku 1951 nemecká spoločnosť NSU Motorenwerke vyvinula dva motory: prvý - od Felixa Wankela pod názvom DKM a druhý - KKM Hansa Paschkeho (založený na vývoji Wankel). 

Základom práce Wankelovej jednotky bolo samostatné otáčanie tela a rotora, vďaka čomu prevádzkové otáčky dosiahli 17000 XNUMX za minútu. Nepríjemnosťou bolo, že kvôli výmene sviečok bolo treba demontovať motor. Ale motor KKM mal pevnú karosériu a jeho konštrukcia bola oveľa jednoduchšia ako u hlavného prototypu.

Vydané licencie

V roku 1960 NSU Motorenwerke podpísala dohodu s americkou výrobnou spoločnosťou Curtiss-Wright Corporation. Zákazku mali nemeckí inžinieri zamerať na vývoj malých rotačných piestových motorov pre ľahké vozidlá, zatiaľ čo Američan Curtis-Wright sa zaoberal vývojom leteckých motorov. Nemecký strojný inžinier Max Bentele bol tiež najatý ako konštruktér. 

Prevažná väčšina svetových výrobcov automobilov vrátane Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda a mnohých ďalších. V roku 1959 americká spoločnosť predstavila vylepšenú verziu Wankelovho motora a o rok neskôr britský Rolls Royce ukázal svoj dvojstupňový naftový rotačný piestový motor.

Medzitým sa niektoré európske automobilky začali pokúšať vybaviť autá novými motormi, ale nie všetky našli svoje uplatnenie: GM odmietol, Citroen bol odhodlaný vyvinúť motor s protipiestmi pre lietadlá a Mercedes-Benz nainštaloval rotačný piestový motor v experimentálnom modeli C 111. 

V roku 1961 v Sovietskom zväze začala spoločnosť NAMI spolu s ďalšími výskumnými ústavmi vyvíjať Wankelov motor. Bolo navrhnutých veľa možností, jedna z nich našla uplatnenie v automobile VAZ-2105 pre KGB. Presný počet zmontovaných motorov nie je známy, nepresahuje však niekoľko desiatok. 

Mimochodom, po rokoch skutočne našla využitie pre motor s rotačnými piestami len automobilová spoločnosť Mazda. Pozoruhodným príkladom je model RX-8.

Vývoj motocyklov

V Británii vyvinul výrobca motocyklov Norton Motorcycles vzduchom chladený rotačný piestový motor Sachs pre motorové vozidlá. Viac sa o vývoji dozviete v čítaní o motocykli Hercules W-2000.

Suzuki nestála bokom, a vydala aj vlastnú motorku. Inžinieri však starostlivo vypracovali konštrukciu motora, použili ferozliatinu, čo výrazne zvýšilo spoľahlivosť a životnosť jednotky.

Vývoj automobilov

Po podpísaní zmluvy o výskume medzi Mazdou a NSU začali spoločnosti súťažiť o prvenstvo vo výrobe prvého auta s wankelovou jednotkou. Výsledkom bolo, že v roku 1964 spoločnosť NSU predstavila svoje prvé auto, NSU Spider, v reakcii na to Mazda predstavila prototyp 2 a 4-rotorových motorov. Po 3 rokoch vydala spoločnosť NSU Motorenwerke model Ro 80, ale kvôli mnohým poruchám na pozadí nedokonalého dizajnu získala veľa negatívnych recenzií. Tento problém bol vyriešený až v roku 1972 a spoločnosť bola pohltená spoločnosťou Audi o 7 rokov neskôr a wankelove motory sa už stali známymi.

Japonský výrobca Mazda oznámil, že ich inžinieri vyriešili problém utesnenia vrchnej časti (kvôli tesnosti medzi komorami), začali motory používať nielen v športových automobiloch, ale aj v úžitkových vozidlách. Mimochodom, majitelia automobilov Mazda s rotačným motorom zaznamenali vysokú odozvu na plyn a pružnosť motora.

Mazda neskôr upustila od masívneho zavádzania pokrokového motora a inštalovala ho iba do modelov RX-7 a RX-8. Pre model RX-8 bol navrhnutý motor Renesis, ktorý bol vylepšený mnohými spôsobmi, a to:

• posunuté výfukové vetracie otvory na zlepšenie odluhu, čo výrazne zvýšilo výkon;
• pridané niektoré keramické časti, aby sa zabránilo tepelnému skresleniu;
• dobre premyslený elektronický systém riadenia motora;
• prítomnosť dvoch sviečok (hlavná a pre prídavné spaľovanie);
• pridanie vodného plášťa, aby sa zabránilo hromadeniu uhlíka na výstupe.

Vďaka tomu sa získal kompaktný motor s objemom 1.3 litra a výkonom okolo 231 koní.

Výhody

Hlavné výhody rotačného piestového motora:

1. Jeho nízka hmotnosť a rozmery, ktoré priamo ovplyvňujú základ návrhu automobilu. Tento faktor je dôležitý pri konštrukcii športového automobilu s nízkym ťažiskom.
2. Menej podrobností. To vám umožňuje nielen znížiť náklady na údržbu motora, ale aj znížiť straty výkonu pri pohybe alebo otáčaní súvisiacich častí. Tento faktor priamo ovplyvňoval vysokú účinnosť.
3. Pri rovnakom objeme ako klasický piestový motor je výkon rotačného piestového motora 2 - 3-krát vyšší.
4. Hladkosť a pružnosť práce, absencia hmatateľných vibrácií v dôsledku skutočnosti, že nedochádza k vratným pohybom hlavných jednotiek.
5. Motor môže byť poháňaný nízkym oktánovým benzínom.
6. Široký rozsah prevádzkových otáčok umožňuje použitie prevodovky s kratšími prevodovými stupňami, čo je v mestských podmienkach mimoriadne vhodné.
7. „Polica“ krútiaceho momentu je poskytnutá na ⅔ cyklu, a nie na štvrtinu, ako v prípade Ottovho motora.
8. Motorový olej nie je prakticky znečistený, výmenný interval je mnohonásobne väčší. Tu olej nepodlieha spaľovaniu, podobne ako v prípade piestových motorov, k tomuto procesu dochádza prostredníctvom krúžkov.
9. Neexistuje detonácia.

Mimochodom, je dokázané, že aj keď je tento motor na hranici zdrojov, spotrebúva veľa oleja, pracuje pri nízkej kompresii, jeho výkon sa mierne zníži. Práve táto výhoda ma podplatila pri inštalácii rotačného piestového motora do lietadla.

Spolu s pôsobivými výhodami existujú aj nevýhody, ktoré bránili pokrokovému motoru s rotačnými piestami dosiahnuť masy.

 Obmedzenie

1. Spaľovací proces nie je dostatočne efektívny, kvôli čomu sa zvyšuje spotreba paliva a zhoršujú sa normy toxicity. Problém je čiastočne vyriešený prítomnosťou druhej sviečky, ktorá spaľuje pracovnú zmes.
2. Vysoká spotreba oleja. Nevýhodou je skutočnosť, že Wankelove motory majú nadmerné mazanie a na určitých miestach niekedy môže dôjsť k vyhoreniu oleja. V spaľovacích zónach je nadbytok oleja, čo vedie k hromadeniu uhlíka. S týmto problémom sa pokúsili vyrovnať inštaláciou „tepelných“ potrubí, ktoré zlepšujú prenos tepla a vyrovnávajú teplotu oleja v celom motore.
3. Problémy s opravou. Nie všetci špecialisti sú pripravení profesionálne sa zaoberať opravou Wankelovho motora. Štrukturálne nie je jednotka zložitejšia ako klasický motor, ale existuje veľa odtieňov, ktorých nedodržanie povedie k skorému zlyhaniu motora. K tomu pripočítame vysoké náklady na opravy.
4. Málo zdrojov. Pre majiteľov Mazdy RX-8 znamená najazdených 80 000 km najvyšší čas vykonať zásadnú opravu. Bohužiaľ, za takúto kompaktnosť a vysokú účinnosť je potrebné platiť nákladnými a zložitými opravami každých 80 - 100 tisíc kilometrov.

Otázky a odpovede:

Aký je rozdiel medzi rotačným motorom a piestovým motorom? V rotačnom motore nie sú žiadne piesty, čo znamená, že na otáčanie hriadeľa spaľovacieho motora nie sú použité vratné pohyby - rotor sa v ňom okamžite otáča.

Čo je to rotačný motor v aute? Jedná sa o tepelnú jednotku (funguje vďaka spaľovaniu zmesi vzduch-palivo), používa iba rotujúci rotor, na ktorom je upevnený hriadeľ, ktorý ide do prevodovky.

Prečo je rotačný motor taký zlý? Hlavnou nevýhodou rotačného motora je veľmi malý pracovný zdroj v dôsledku rýchleho opotrebovania tesnení medzi spaľovacími komorami jednotky (pracovný uhol sa neustále mení a neustále klesá teplota).