Wankel-moottori - RPD-auton laite ja toimintaperiaate

Autoteollisuuden historian aikana on ollut monia edistyneitä ratkaisuja, komponenttien ja kokoonpanojen mallit ovat muuttuneet. Yli 30 vuotta sitten aktiiviset yritykset alkoivat siirtää mäntämoottoria sivulle, mikä antoi edun Wankelin kiertomännämoottorille. Monien olosuhteiden vuoksi pyörivät moottorit eivät kuitenkaan saaneet oikeuttaan elämään. Lue tästä kaikesta alla.

Toimintaperiaate

Roottorilla on kolmion muotoinen muoto, kummallakin puolella se on kupera muoto, joka toimii mäntänä. Roottorin kummallakin puolella on erityiset urat, jotka antavat enemmän tilaa polttoaine-ilma-seokselle, mikä lisää moottorin käyntinopeutta. Reunojen yläosassa on pieni tiivistyslevy, joka helpottaa jokaisen lyönnin suorittamista. Roottori on varustettu molemmin puolin tiivisterenkailla, jotka muodostavat kammioiden seinän. Roottorin keskellä on hampaat, joiden avulla mekanismi pyörii.

Wankel-moottorin toimintaperiaate on täysin erilainen kuin klassinen, mutta ne yhdistää yksi prosessi, joka koostuu 4-tahtiista (imu-puristus-työskentely isku-pakokaasu). Polttoaine saapuu ensimmäiseen muodostettuun kammioon, puristuu toiseen, sitten roottori pyörii ja sytytystulppa sytyttää puristetun seoksen, minkä jälkeen työseos pyörii roottoria ja poistuu pakosarjasta. Tärkein erottava periaate on, että pyörivässä mäntämoottorissa työkammio ei ole staattinen, vaan sen muodostaa roottorin liike.

laite

Ennen kuin ymmärrät laitetta, sinun on tiedettävä pyörivän männän moottorin pääosat. Wankel-moottori koostuu:

• staattorin kotelo;
• roottori;
• vaihde;
• epäkeskoakseli;
• sytytystulpat (sytyttävät ja jälkipoltettavat).

Pyörivä moottori on polttoyksikkö. Tässä moottorissa kaikki 4 työskentelyjaksoa tapahtuvat kokonaisuudessaan, mutta kullekin vaiheelle on oma kammionsa, jonka roottori muodostaa pyörimisliikkeellä. 

Kun sytytysvirta kytketään päälle, käynnistin kääntää vauhtipyörän ja moottori käynnistyy. Pyörivä roottori välittää hammaspyörän läpi momentin epäkeskoakselille (mäntämoottorille tämä on nokka-akseli). 

Wankel-moottorin työn tuloksen tulisi olla työseoksen paineen muodostuminen pakottaen roottorin pyörimisliikkeet toistumaan uudestaan ​​ja uudestaan ​​välittämällä vääntömomentti vaihteistolle. 

Tässä moottorissa sylinterit, männät, kampiakseli ja tangot korvaavat koko staattorin kotelon roottorilla. Tämän ansiosta moottorin tilavuus pienenee merkittävästi, kun taas teho on monta kertaa suurempi kuin klassisella moottorilla, jolla on kammen mekanismi, samalla tilavuudella. Tällä mallilla on korkea vaihteisto myös pienien kitkahäviöiden vuoksi.

Muuten, moottorin käyntinopeus voi ylittää 7000 rpm, kun taas Mazda Wankel -moottoreiden (urheilutapahtumien) kierrosnopeus on yli 10000 rpm. 

Suunnittelu

Yksi tämän yksikön tärkeimmistä eduista on sen kompaktisuus ja kevyempi paino verrattuna klassisiin samankokoisiin moottoreihin. Asettelu mahdollistaa painopisteen pienentämisen merkittävästi, ja tämä vaikuttaa suotuisasti hallinnan vakauteen ja terävyyteen. Pienet lentokoneet, urheiluautot ja moottoriajoneuvot ovat käyttäneet ja käyttävät edelleen tätä etua. 

Tarina

Wankel-moottorin alkuperän ja leviämisen historia antaa sinun ymmärtää paremmin, miksi se oli päivänsä paras moottori ja miksi se hylättiin tänään.

Varhainen kehitys

Vuonna 1951 saksalainen yritys NSU Motorenwerke kehitti kaksi moottoria: ensimmäisen - Felix Wankelin, nimellä DKM, ja toisen - Hans Paschken KKM:n (perustuu Wankelin kehittämiseen). 

Wankel-yksikön toiminnan perusta oli rungon ja roottorin erillinen pyöriminen, minkä vuoksi käyttökierrokset saavuttivat 17000 XNUMX minuutissa. Haittaa oli, että moottori oli purettava sytytystulppien vaihtamiseksi. Mutta KKM-moottorilla oli kiinteä runko ja sen rakenne oli paljon yksinkertaisempi kuin pääprototyyppi.

Myönnetyt lisenssit

NSU Motorenwerke allekirjoitti vuonna 1960 sopimuksen amerikkalaisen Curtiss-Wright Corporationin valmistavan yrityksen kanssa. Sopimuksen mukaan saksalaisten insinöörien oli keskityttävä pienten kevyiden ajoneuvojen mäntämoottoreiden kehittämiseen, kun taas amerikkalainen Curtis-Wright oli mukana lentokoneiden moottoreiden kehittämisessä. Saksalainen koneinsinööri Max Bentele palkattiin myös suunnittelijaksi. 

Valtaosa maailman autonvalmistajista, mukaan lukien Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda ja monet muut. Vuonna 1959 amerikkalainen yritys esitteli parannetun version Wankel-moottorista, ja vuotta myöhemmin brittiläinen Rolls Royce esitteli kaksivaiheisen dieselmoottorin.

Sillä välin jotkut eurooppalaiset autovalmistajat alkoivat yrittää varustaa autoja uusilla moottoreilla, mutta kaikki eivät löytäneet sovellustaan: GM kieltäytyi, Citroen oli sitoutunut kehittämään moottorin, jossa oli vastamännät lentokoneisiin, ja Mercedes-Benz asensi kiertomäntämoottorin kokeellisessa C 111 -mallissa. 

Vuonna 1961 Neuvostoliitossa NAMI aloitti yhdessä muiden tutkimuslaitosten kanssa Wankel-moottorin kehittämisen. Suunniteltiin monia vaihtoehtoja, joista yksi löysi sovelluksensa VAZ-2105 -autossa KGB: lle. Asennettujen moottoreiden tarkkaa lukumäärää ei tunneta, mutta se ei ylitä useita kymmeniä. 

Muuten, vuosia myöhemmin vain autoyhtiö Mazda on todella löytänyt käyttöä pyörivälle mäntämoottorille. Näyttävä esimerkki tästä on RX-8-malli.

Moottoripyörien kehitys

Isossa-Britanniassa moottoripyöränvalmistaja Norton Motorcycles on kehittänyt Sachsin ilmajäähdytteisen moottorimoottorin moottoriajoneuvoihin. Voit oppia lisää kehityksestä lukemalla Hercules W-2000 -moottoripyörän.

Suzuki ei seisonut syrjään ja julkaisi myös oman moottoripyörän. Kuitenkin insinöörit suunnittelivat huolellisesti moottorin suunnittelun, käyttivät ferroseosta, mikä lisäsi merkittävästi laitteen luotettavuutta ja käyttöikää.

Autojen kehitys

Allekirjoitettuaan tutkimussopimuksen Mazdan ja NSU: n välillä yritykset alkoivat kilpailla mestaruudesta ensimmäisen auton valmistuksessa Wankel -yksiköllä. Tämän seurauksena vuonna 1964 NSU esitteli ensimmäisen autonsa, NSU Spiderin, vastauksena Mazda esitteli 2- ja 4-roottoristen moottoreiden prototyypin. Kolmen vuoden kuluttua NSU Motorenwerke julkaisi Ro 3 -mallin, mutta sai paljon negatiivisia arvosteluja lukuisten epäonnistumisten vuoksi epätäydellisen suunnittelun taustalla. Tämä ongelma ratkaistiin vasta vuonna 80, ja Audi imeytyi yritykseen 1972 vuotta myöhemmin, ja Wankelin moottorit olivat jo tulleet tunnetuiksi.

Japanilainen Mazda-valmistaja ilmoitti, että heidän insinöörit ratkaisivat päällisen tiivistämisen (kammioiden välisen tiiviyden vuoksi), he alkoivat käyttää moottoreita paitsi urheiluautoissa myös hyötyajoneuvoissa. Muuten, pyörivällä moottorilla varustettujen Mazda-autojen omistajat panivat merkille moottorin korkean kaasuvasteen ja joustavuuden.

Myöhemmin Mazda luopui edistyneen moottorin valtavasta käyttöönotosta asentamalla sen vain RX-7- ja RX-8-malleihin. RX-8: lle suunniteltiin Renesis-moottori, jota on parannettu monin tavoin, nimittäin:

• siirtyneet poistoilma-aukot puhalluksen parantamiseksi, mikä lisäsi merkittävästi tehoa;
• lisättiin joitain keraamisia osia lämpövääristymien estämiseksi;
• hyvin harkittu elektroninen moottorin hallintajärjestelmä;
• kaksi sytytystulppaa (pää- ja jälkipoltin);
• lisäämällä vesivaippa poistamaan hiilikerrostumia poistoaukossa.

Tuloksena saatiin kompakti moottori, jonka tilavuus oli 1.3 litraa ja teho noin 231 hv.

Edut

Pyörivän mäntämoottorin tärkeimmät edut:

1. Sen pieni paino ja mitat, jotka vaikuttavat suoraan auton suunnittelun perusteisiin. Tämä tekijä on tärkeä suunniteltaessa urheiluautoa, jonka painopiste on matala.
2. Vähemmän yksityiskohtia. Tämän avulla voit paitsi vähentää moottorin ylläpitokustannuksia, myös vähentää siihen liittyvien osien liikkumisen tai pyörimisen tehohäviöitä. Tämä tekijä vaikutti suoraan korkeaan hyötysuhteeseen.
3. Pyörivän mäntämoottorin teho on 2-3 kertaa suurempi kuin perinteisellä mäntämoottorilla.
4. Työn sujuvuus ja joustavuus, konkreettisten värähtelyjen puuttuminen johtuen siitä, että pääyksiköitä ei ole edestakaisin.
5. Moottoria voidaan käyttää matalan oktaaniluvun bensiinillä.
6. Laaja toimintanopeusalue mahdollistaa lyhyemmillä vaihteilla varustetun voimansiirron käytön, mikä on erittäin kätevää kaupunkioloihin.
7. Vääntömomentin "hylly" on varattu cycle jaksolle eikä neljännekselle, kuten Otto-moottorissa.
8. Moottoriöljy ei ole käytännössä likaantunut, tyhjennysväli on monta kertaa pidempi. Tällöin öljy ei pala, kuten mäntämoottoreissa, tämä prosessi tapahtuu renkaiden kautta.
9. Räjähdystä ei ole.

Muuten, on osoitettu, että vaikka tämä moottori on resurssin partaalla, kuluttaa paljon öljyä, toimii pienellä puristuksella, sen teho pienenee hieman. Juuri tämä arvokkuus lahjoitti minua asentamaan pyörivä mäntämoottori lentokoneisiin.

Vaikuttavien etujen ohella on myös haittoja, jotka estivät edistyneen pyörivän mäntämoottorin pääsyn massaan.

 Rajoitukset

1. Palamisprosessi ei ole riittävän tehokas, minkä vuoksi polttoaineenkulutus kasvaa ja myrkyllisyysstandardit huononevat. Ongelma ratkaistaan ​​osittain toisen sytytystulpan läsnäollessa, joka polttaa työseoksen.
2. Korkea öljynkulutus. Haitta selitetään sillä, että Wankel-moottorit ovat liian voideltuja ja joissain paikoissa öljy voi joskus palaa. Palamisalueilla on liikaa öljyä, mikä johtaa hiilen kertymiseen. He yrittivät ratkaista tämän ongelman asentamalla "lämpöputket", jotka parantavat lämmönsiirtoa ja tasoittavat öljyn lämpötilan koko moottorissa.
3. Korjausvaikeuksia. Kaikki asiantuntijat eivät ole valmiita ammattimaisesti käsittelemään Wankel-moottorin korjausta. Rakenteellisesti yksikkö ei ole monimutkaisempi kuin klassinen moottori, mutta siinä on paljon vivahteita, joiden noudattamatta jättäminen johtaa moottorin varhaiseen vikaantumiseen. Tähän lisätään korkeat korjauskustannukset.
4. Vähäinen resurssi. Mazda RX-8: n omistajille 80 000 km: n kilometrimäärä tarkoittaa, että on aika tehdä perusteellinen kunnostus. Valitettavasti kompakti ja korkea hyötysuhde on maksettava kalliilla ja monimutkaisilla korjauksilla 80-100 tuhannen kilometrin välein.

Kysymyksiä ja vastauksia:

Mitä eroa on pyörivällä moottorilla ja mäntämoottorilla? Pyörivässä moottorissa ei ole mäntiä, mikä tarkoittaa, että edestakaisin liikkeitä ei käytetä polttomoottorin akselin pyörittämiseen - roottori pyörii siinä välittömästi.

Mikä on pyörivä moottori autossa? Tämä on lämpöyksikkö (se toimii ilma-polttoaineseoksen palamisen vuoksi), vain se käyttää pyörivää roottoria, johon on kiinnitetty akseli, joka menee vaihteistoon.

Miksi pyörivä moottori on niin huono? Pyörivän moottorin suurin haittapuoli on erittäin pieni työresurssi, joka johtuu yksikön polttokammioiden välisten tiivisteiden nopeasta kulumisesta (työkulma muuttuu jatkuvasti ja lämpötila laskee jatkuvasti).