Wankel շարժիչ - RPD մեքենայի սարքը և շահագործման սկզբունքը

Ավտոմոբիլային արդյունաբերության պատմության ընթացքում եղել են բազմաթիվ առաջադեմ լուծումներ, փոխվել են բաղադրիչների և հավաքների դիզայնը: Ավելի քան 30 տարի առաջ ակտիվ փորձերը սկսեցին տեղափոխել մխոցային շարժիչը դեպի կողմը, առավելություն տալով Wankel պտտվող մխոցային շարժիչին: Սակայն բազմաթիվ հանգամանքների պատճառով պտտվող շարժիչները չստացան իրենց կյանքի իրավունքը։ Այս ամենի մասին կարդացեք ստորև։

Principle շահագործման

Ռոտորն ունի եռանկյունաձև ձև՝ յուրաքանչյուր կողմում ուռուցիկ ձևով, որը կատարում է մխոցի դեր: Ռոտորի յուրաքանչյուր կողմում կան հատուկ խորշեր, որոնք ավելի շատ տարածություն են ապահովում վառելիք-օդ խառնուրդի համար՝ դրանով իսկ մեծացնելով շարժիչի աշխատանքային արագությունը: Դեմքերի վերին մասը հագեցված է փոքր կնքման փեղկով, որը հեշտացնում է յուրաքանչյուր բարի կատարումը: Երկու կողմերում էլ ռոտորը հագեցած է կնքման օղակներով, որոնք կազմում են խցիկների պատը: Ռոտորի միջնամասը հագեցած է ատամներով, որոնց օգնությամբ մեխանիզմը պտտվում է։

Wankel շարժիչի շահագործման սկզբունքը լիովին տարբերվում է դասականից, այնուամենայնիվ, դրանք միավորված են մեկ գործընթացով, որը բաղկացած է 4 ցիկլից (ընդունիչ-սեղմում-հարված-արտանետում): Վառելիքը մտնում է առաջին ձևավորված խցիկը, սեղմվում երկրորդում, այնուհետև ռոտորը պտտվում է և սեղմված խառնուրդը բռնկվում է կայծային մոմով, որից հետո աշխատանքային խառնուրդը պտտում է ռոտորը և դուրս գալիս արտանետվող կոլեկտոր։ Հիմնական տարբերակիչ սկզբունքն այն է, որ պտտվող մխոցային շարժիչում աշխատանքային խցիկը ստատիկ չէ, այլ ձևավորվում է ռոտորի շարժումից:

Սարքը

Նախքան սարքը հասկանալը, դուք պետք է իմանաք պտտվող մխոցային շարժիչի հիմնական բաղադրիչները: Wankel շարժիչը բաղկացած է.

• ստատորի պատյաններ;
• ռոտոր;
• շարժակների մի շարք;
• էքսցենտրիկ լիսեռ;
• կայծային մոմեր (բոցավառվող և հետո այրվող):

Պտտվող շարժիչը ներքին այրման միավոր է: Այս շարժիչում աշխատանքի բոլոր 4 ցիկլերը կատարվում են ամբողջությամբ, սակայն յուրաքանչյուր փուլ ունի իր սեփական խցիկը, որը ռոտոր է կազմում պտտվող շարժումով։ 

Երբ բռնկումը միացված է, մեկնարկիչը պտտում է թռչող անիվը, և շարժիչը միանում է: Պտտվելով, ռոտորը փոխանցում է ոլորող մոմենտ փոխանցման թագի միջով դեպի էքսցենտրիկ լիսեռ (մխոցային շարժիչի համար սա լիսեռ է): 

Վանկելի շարժիչի աշխատանքի արդյունքը պետք է լինի աշխատանքային խառնուրդի ճնշման ձևավորումը՝ ստիպելով ռոտորի պտտվող շարժումները կրկնվել նորից ու նորից՝ փոխանցելով ոլորող մոմենտ փոխանցման տուփին։ 

Այս շարժիչում բալոնները, մխոցները, միացնող ձողերով ծնկաձողային լիսեռը փոխարինում է ամբողջ ստատորի պատյանը ռոտորով: Դրա շնորհիվ շարժիչի ծավալը զգալիորեն կրճատվել է, մինչդեռ հզորությունը մի քանի անգամ ավելի բարձր է, քան կռունկի մեխանիզմով դասական շարժիչի հզորությունը՝ հավասար ծավալով։ Այս դիզայնը բարձր CPR ունի նաև շփման ցածր կորուստների պատճառով:

Ի դեպ, շարժիչի արագությունը կարող է գերազանցել 7000 rpm-ը, մինչդեռ Mazda Wankel-ի շարժիչները (սպորտային մրցումների համար) ունեն 10000 rpm-ից ավելի արագություն։ 

Կառուցվածք

Այս ագրեգատի հիմնական առավելություններից մեկը նրա կոմպակտությունն է և ավելի թեթև քաշը՝ համեմատած հավասար չափերի դասական շարժիչների հետ: Դասավորությունը թույլ է տալիս զգալիորեն նվազեցնել ծանրության կենտրոնը, և դա բարենպաստորեն ազդում է հսկողության կայունության և հստակության վրա: Փոքր ինքնաթիռները, սպորտային մեքենաները և շարժիչային տրանսպորտային միջոցներն օգտագործել և դեռ օգտագործում են այս առավելությունը: 

Պատմություն

Wankel շարժիչի առաջացման և տարածման պատմությունը թույլ կտա ավելի լավ հասկանալ, թե ինչու էր այն իր ժամանակի լավագույն շարժիչը և ինչու է այն լքված այսօր:

Վաղ զարգացումներ

1951 թվականին գերմանական NSU Motorenwerke ընկերությունը մշակել է երկու շարժիչ՝ առաջինը՝ Ֆելիքս Վանկելի կողմից՝ DKM անունով, իսկ երկրորդը՝ Հանս Պաշկեի KKM (հիմնված Վանկելի զարգացման վրա)։ 

Վանկելի ագրեգատի աշխատանքի հիմքը մարմնի և ռոտորի առանձին պտույտն էր, ինչի շնորհիվ աշխատանքային արագությունը հասնում էր րոպեում 17000-ի։ Անհարմարությունն այն էր, որ մոմերը փոխարինելու համար շարժիչը պետք է ապամոնտաժվեր: Բայց KKM շարժիչն ուներ ֆիքսված մարմին, և դրա դիզայնը շատ ավելի պարզ էր, քան հիմնական նախատիպը:

Տրված լիցենզիաներ

1960 թվականին NSU Motorenwerke-ն պայմանագիր է կնքել ամերիկյան Curtiss-Wright Corporation արտադրական ընկերության հետ։ Պայմանավորվածությունն այն էր, որ գերմանացի ինժեներները կկենտրոնանան մարդատար մեքենաների համար փոքր պտտվող մխոցային շարժիչների մշակման վրա, մինչդեռ ամերիկյան Curtis-Wright-ը մշակում էր ինքնաթիռների շարժիչներ: Որպես դիզայներ աշխատանքի է ընդունվել նաև գերմանացի ինժեներ-մեխանիկ Մաքս Բենտելեն։ 

Համաշխարհային ավտոարտադրողների ճնշող մեծամասնությունը, ներառյալ Citroen-ը, Porsche-ն, Ford-ը, Nissan-ը, GM-ը, Mazda-ն և շատ ուրիշներ: 1959 թվականին ամերիկյան մի ընկերություն ներկայացրեց Wankel շարժիչի կատարելագործված տարբերակը, իսկ մեկ տարի անց բրիտանական Rolls Royce-ը ցուցադրեց իր երկաստիճան դիզելային պտտվող մխոցային շարժիչը։

Միևնույն ժամանակ, որոշ եվրոպական ավտոարտադրողներ սկսեցին փորձել մեքենաները համալրել նոր շարժիչներով, բայց ոչ բոլորը գտան իրենց ճանապարհը. GM-ն հրաժարվեց, Citroen-ը զբաղված էր ինքնաթիռների համար հակամխոցային շարժիչ մշակելու վրա, իսկ Mercedes-Benz-ը տեղադրեց պտտվող մխոց։ շարժիչը փորձարարական C 111 մոդելում: 

1961 թվականին Խորհրդային Միությունում NAMI-ն այլ գիտահետազոտական ​​ինստիտուտների հետ միասին սկսեց Wankel շարժիչի մշակումը։ Նախագծվեցին բազմաթիվ տարբերակներ, որոնցից մեկն իր կիրառությունը գտավ ԿԳԲ-ի համար նախատեսված ВАЗ-2105 մեքենայում։ Հավաքված շարժիչների ճշգրիտ թիվը հայտնի չէ, սակայն այն չի գերազանցում մի քանի տասնյակը։ 

Ի դեպ, տարիներ անց միայն «Mazda» ավտոմոբիլային ընկերությունն է իսկապես գտել պտտվող մխոցային շարժիչի կիրառումը: Դրա վառ օրինակը RX-8 մոդելն է:

Մշակումներ մոտոցիկլետների համար

Բրիտանիայում մոտոցիկլետների արտադրող Norton Motorcycles-ը մշակել է Sachs օդային հովացմամբ պտտվող մխոցային շարժիչը մոտոցիկլետների համար: Դուք կարող եք ավելին իմանալ զարգացման մասին՝ կարդալով Hercules W-2000 մոտոցիկլետի մասին:

Suzuki-ն մի կողմ չի կանգնել, ինչպես նաև թողարկել է սեփական մոտոցիկլետը: Այնուամենայնիվ, ինժեներները ուշադիր մշակեցին շարժիչի դիզայնը, օգտագործեցին ֆեռոհամաձուլվածք, ինչը զգալիորեն մեծացրեց միավորի հուսալիությունը և ծառայության ժամկետը:

Զարգացումներ մեքենաների համար

Mazda-ի և NSU-ի միջև հետազոտական ​​պայմանագիր կնքելով՝ ընկերությունները սկսեցին պայքարել չեմպիոնության համար առաջին մեքենայի արտադրության մեջ՝ Wankel միավորով: Արդյունքում 1964 թվականին NSU-ն ներկայացրեց իր առաջին NSU Spider մեքենան, ի պատասխան՝ Mazda-ն ներկայացրեց 2 և 4 պտտվող շարժիչների նախատիպը։ 3 տարի անց NSU Motorenwerke-ն թողարկում է Ro 80-ը, սակայն անկատար դիզայնի ֆոնին բազմաթիվ ձախողումների պատճառով ստացավ բազմաթիվ բացասական արձագանքներ: Այս խնդիրը լուծվեց միայն 1972 թվականին, և ընկերությունը 7 տարի անց վերցրեց Audi-ն, իսկ Wankel շարժիչներն արդեն հայտնի էին դարձել:

Ճապոնական Mazda արտադրողն ասաց, որ իրենց ինժեներները լուծել են վերևի փակման խնդիրները (խցիկների միջև ամուր լինելու համար), նրանք սկսել են շարժիչներ օգտագործել ոչ միայն սպորտային մեքենաներում, այլև առևտրային մեքենաներում: Ի դեպ, պտտվող շարժիչով Mazda մեքենաների սեփականատերերը նշել են շարժիչի բարձր շնչափող արձագանքը և առաձգականությունը:

Ավելի ուշ Mazda-ն դադարեցրեց առաջադեմ շարժիչի զանգվածային ընդունումը՝ այն տեղադրելով միայն RX-7 և RX-8 մոդելների վրա: RX-8-ի համար նախագծվել է Renesis շարժիչը, որը բարելավվել է բազմաթիվ առումներով, մասնավորապես.

• տեղափոխեց արտանետման նավահանգիստները աղբահանությունը բարելավելու համար, ինչը զգալիորեն մեծացրեց հզորությունը.
• ավելացրել է որոշ կերամիկական մանրամասներ՝ ջերմային աղավաղումը կանխելու համար.
• շարժիչի կառավարման բարդ էլեկտրոնային համակարգ;
• երկու կայծային մոմերի առկայությունը (հիմնական և հետո այրման համար);
• ջրի բաճկոնի ավելացում՝ ելքի վրա ածխածնի կուտակումները վերացնելու համար:

Արդյունքը 1.3 լիտր ծավալով կոմպակտ շարժիչ է, որը զարգացնում է մոտ 231 ձիաուժ հզորություն։

Առավելությունները

Պտտվող մխոցային շարժիչի հիմնական առավելությունների մասին.

1. Նրա ցածր քաշը և չափերը ուղղակիորեն ազդում են մեքենայի դիզայնի հիմքի վրա: Այս գործոնը կարևոր է ցածր ծանրության կենտրոնով սպորտային մեքենա նախագծելիս:
2. Ավելի քիչ մանրամասներ. Սա ոչ միայն նվազեցնում է շարժիչի պահպանման ծախսերը, այլև նվազեցնում է էներգիայի կորուստները հարակից մասերի շարժման կամ ռոտացիայի համար: Այս գործոնն ուղղակիորեն ազդել է բարձր արդյունավետության վրա։
3. Նույն ծավալով, ինչ դասական մխոցային շարժիչը, պտտվող մխոցային շարժիչն ունի 2-3 անգամ ավելի մեծ հզորություն:
4. Աշխատանքի հարթություն և առաձգականություն, ընկալելի թրթռումների բացակայություն՝ հիմնական ագրեգատների փոխադարձ շարժումներ չլինելու պատճառով:
5. Շարժիչը կարող է «ուտել» ցածր օկտանային բենզին։
6. Գործող արագությունների լայն շրջանակը թույլ է տալիս փոխանցման տուփը օգտագործել ավելի կարճ փոխանցումներով, ինչը չափազանց հարմար է քաղաքային պայմանների համար:
7. Մոմենտի «դարակը» տրամադրվում է ցիկլի ⅔-ի համար, և ոչ թե մեկ քառորդի համար, ինչպես Otto շարժիչում:
8. Շարժիչի յուղը գործնականում աղտոտված չէ, փոխարինման միջակայքը շատ անգամ ավելի լայն է: Այստեղ նավթը ենթակա չէ այրման, քանի որ մխոցային շարժիչներում այս գործընթացը տեղի է ունենում օղակների միջոցով:
9. Պայթեցում չկա։

Ի դեպ, ապացուցված է, որ նույնիսկ եթե այս շարժիչը գտնվում է ռեսուրսի եզրին, սպառում է շատ յուղ և գործում է ցածր սեղմման պայմաններում, նրա հզորությունը մի փոքր կնվազի: Հենց այս առավելությունն էլ կաշառք տվեց օդանավի վրա պտտվող մխոցային շարժիչի տեղադրմանը:

Տպավորիչ առավելությունների հետ մեկտեղ կան նաև թերություններ, որոնք խանգարում էին առաջադեմ պտտվող մխոցային շարժիչին հասնել զանգվածներին:

 Սահմանափակումները

1. Այրման գործընթացը բավականաչափ արդյունավետ չէ, ինչի պատճառով վառելիքի սպառումը մեծանում է, իսկ թունավորության չափանիշները վատանում են: Խնդիրը մասամբ լուծվում է երկրորդ մոմի առկայությամբ, որն այրում է աշխատանքային խառնուրդը։
2. Նավթի բարձր սպառում. Թերությունը հիմնավորվում է նրանով, որ Wankel-ի շարժիչները չափազանց քսում են, և որոշ տեղերում, երբեմն, նավթը կարող է այրվել: Այրման գոտիներում յուղի ավելցուկ կա, ինչը հանգեցնում է ածխածնի տեսքի։ Նրանք փորձել են լուծել այս խնդիրը՝ տեղադրելով «ջերմային» խողովակներ, որոնք բարելավում են ջերմության փոխանցումը և հավասարեցնում նավթի ջերմաստիճանը ամբողջ շարժիչում։
3. Վերանորոգման դժվարություն. Ոչ բոլոր մասնագետներն են պատրաստ մասնագիտորեն ստանձնել Wankel շարժիչի վերանորոգումը: Կառուցվածքային առումով միավորը ավելի բարդ չէ, քան դասական շարժիչը, բայց կան բազմաթիվ նրբերանգներ, որոնց չհամապատասխանելը կհանգեցնի շարժիչի վաղաժամ խափանմանը: Սրան գումարեք վերանորոգման բարձր արժեքը:
4. Ցածր ռեսուրս. Mazda RX-8-ի սեփականատերերի համար 80 կմ նշանակում է, որ ժամանակն է հիմնանորոգման: Ցավոք, նման կոմպակտության և բարձր արդյունավետության համար անհրաժեշտ է վճարել թանկարժեք և բարդ վերանորոգման համար յուրաքանչյուր 000-80 հազար կիլոմետր:

Հարցեր եւ պատասխաններ:

Ո՞րն է տարբերությունը պտտվող շարժիչի և մխոցային շարժիչի միջև: Պտտվող շարժիչում մխոցներ չկան, ինչը նշանակում է, որ փոխադարձ շարժումները չեն օգտագործվում ներքին այրման շարժիչի լիսեռը պտտելու համար. ռոտորն անմիջապես պտտվում է դրա մեջ:

Ի՞նչ է պտտվող շարժիչը մեքենայի մեջ: Սա ջերմային միավոր է (աշխատում է օդ-վառելիքի խառնուրդ այրելով), միայն այն օգտագործում է պտտվող ռոտոր, որի վրա ամրացված է լիսեռ՝ անցնելով փոխանցումատուփ։

Ինչու է պտտվող շարժիչը այդքան վատ: Պտտվող շարժիչի հիմնական թերությունը շատ փոքր աշխատանքային կյանք է, որը պայմանավորված է միավորի այրման պալատների միջև կնիքների արագ մաշվածությամբ (աշխատանքային անկյունը և մշտական ​​ջերմաստիճանի փոփոխությունները անընդհատ փոխվում են):