Mesin Wankel - perangkat dan prinsip pengoperasian mobil RPD

Sepanjang sejarah industri otomotif, ada banyak solusi canggih, desain komponen dan rakitan telah berubah. Lebih dari 30 tahun yang lalu, upaya aktif mulai menggeser mesin piston ke samping, memberikan keuntungan pada mesin piston putar Wankel. Namun, karena banyak keadaan, motor rotary tidak mendapatkan hak untuk hidup. Baca tentang semua ini di bawah.

Prinsip operasi

Rotor memiliki bentuk segitiga, di setiap sisinya memiliki bentuk cembung yang berfungsi sebagai piston. Setiap sisi rotor memiliki alur khusus yang memberikan lebih banyak ruang untuk campuran bahan bakar-udara, sehingga meningkatkan kecepatan pengoperasian mesin. Bagian atas tepinya dilengkapi dengan sekat penyegel kecil yang memfasilitasi eksekusi setiap ketukan. Rotor dilengkapi dengan cincin penyegel di kedua sisi, yang membentuk dinding ruang. Bagian tengah rotor dilengkapi dengan gigi, dengan bantuan mekanisme yang berputar.

Prinsip pengoperasian mesin Wankel sama sekali berbeda dari mesin klasik, namun disatukan oleh satu proses, yang terdiri dari 4 langkah (langkah masuk-kompresi-kerja-buang). Bahan bakar memasuki ruang yang terbentuk pertama, dikompresi menjadi yang kedua, kemudian rotor berputar dan campuran yang dikompresi dinyalakan oleh busi, setelah itu campuran kerja memutar rotor dan keluar ke manifold buang. Prinsip pembeda utama adalah bahwa pada motor piston putar, ruang kerja tidak statis, tetapi dibentuk oleh gerakan rotor.

Perangkat

Sebelum memahami perangkat, Anda harus mengetahui komponen utama dari motor piston putar. Mesin Wankel terdiri dari:

• rumah stator;
• rotor;
• satu set roda gigi;
• poros eksentrik;
• busi (penyalaan dan afterburning).

Motor putar adalah unit pembakaran internal. Pada motor ini, keempat langkah kerja terjadi secara penuh, namun untuk setiap fasa terdapat ruangnya sendiri-sendiri, yang dibentuk oleh rotor dengan gerakan berputar. 

Saat kunci kontak dihidupkan, starter memutar roda gila dan mesin hidup. Berputar, rotor, melalui mahkota roda gigi, mengirimkan torsi ke poros eksentrik (untuk mesin piston, ini adalah poros bubungan). 

Hasil kerja mesin Wankel harus berupa pembentukan tekanan campuran kerja, memaksa gerakan rotasi rotor berulang-ulang, mentransmisikan torsi ke transmisi. 

Di motor ini, silinder, piston, poros engkol dengan batang penghubung menggantikan seluruh rumah stator dengan rotor. Berkat ini, volume mesin berkurang secara signifikan, sementara tenaganya berkali-kali lipat lebih tinggi daripada motor klasik dengan mekanisme engkol, dengan volume yang sama. Desain ini memiliki gearbox yang tinggi juga karena kehilangan gesekan yang rendah.

Omong-omong, kecepatan operasi mesin bisa melebihi 7000 rpm, sedangkan mesin Mazda Wankel (untuk acara olahraga) memiliki putaran melebihi 10000 rpm. 

Disain

Salah satu keunggulan utama unit ini adalah kekompakan dan bobotnya yang lebih ringan dibandingkan mesin klasik dengan ukuran yang sama. Tata letak memungkinkan Anda untuk secara signifikan mengurangi pusat gravitasi, dan ini secara menguntungkan memengaruhi stabilitas dan ketajaman kontrol. Pesawat kecil, mobil sport, dan kendaraan bermotor telah menggunakan dan masih menggunakan keunggulan ini. 

Cerita

Sejarah asal mula dan penyebaran mesin Wankel akan memungkinkan Anda untuk lebih memahami mengapa itu adalah mesin terbaik pada masanya, dan mengapa ditinggalkan hari ini.

Perkembangan awal

Pada tahun 1951, perusahaan Jerman NSU Motorenwerke mengembangkan dua mesin: yang pertama - oleh Felix Wankel, dengan nama DKM, dan yang kedua - KKM Hans Paschke (berdasarkan pengembangan Wankel). 

Dasar operasi unit Wankel adalah rotasi terpisah dari bodi dan rotor, yang karenanya putaran operasi mencapai 17000 per menit. Ketidaknyamanannya adalah mesin harus dibongkar untuk mengganti busi. Tetapi mesin KKM memiliki bodi tetap dan desainnya jauh lebih sederhana daripada prototipe utama.

Lisensi yang diterbitkan

Pada tahun 1960, NSU Motorenwerke menandatangani perjanjian dengan perusahaan manufaktur Amerika Curtiss-Wright Corporation. Kontrak tersebut bagi insinyur Jerman untuk fokus pada pengembangan mesin piston putar kecil untuk kendaraan ringan, sedangkan Curtis-Wright Amerika terlibat dalam pengembangan mesin pesawat. Insinyur mesin Jerman Max Bentele juga dipekerjakan sebagai desainer. 

Sebagian besar produsen mobil global, termasuk Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda dan banyak lainnya. Pada tahun 1959, perusahaan Amerika memperkenalkan versi perbaikan dari mesin Wankel, dan setahun kemudian British Rolls Royce menunjukkan mesin piston rotary diesel dua tahap.

Sementara itu, beberapa pembuat mobil Eropa mulai mencoba melengkapi mobil dengan mesin baru, tetapi tidak semua menemukan aplikasi mereka: GM menolak, Citroen terpaku pada pengembangan mesin dengan counter-piston untuk pesawat, dan Mercedes-Benz memasang mesin rotary piston dalam model eksperimental C 111. 

Pada tahun 1961, di Uni Soviet, NAMI, bersama dengan lembaga penelitian lainnya, memulai pengembangan mesin Wankel. Banyak pilihan yang dirancang, salah satunya ditemukan aplikasinya pada mobil VAZ-2105 untuk KGB. Jumlah pasti motor rakitan tidak diketahui, tetapi tidak melebihi beberapa lusin. 

Ngomong-ngomong, bertahun-tahun kemudian, hanya perusahaan otomotif Mazda yang benar-benar menemukan kegunaan mesin piston putar. Contoh mencolok dari ini adalah model RX-8.

Perkembangan sepeda motor

Di Inggris, produsen sepeda motor Norton Motorcycles telah mengembangkan mesin piston putar berpendingin udara Sachs untuk kendaraan bermotor. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang perkembangan tersebut dengan membaca tentang sepeda motor Hercules W-2000.

Suzuki tidak tinggal diam, dan juga merilis sepeda motornya sendiri. Namun, para insinyur dengan hati-hati mengerjakan desain motor, menggunakan ferroalloy, yang secara signifikan meningkatkan keandalan dan masa pakai unit.

Perkembangan mobil

Setelah menandatangani kontrak penelitian antara Mazda dan NSU, perusahaan mulai bersaing untuk kejuaraan dalam produksi mobil pertama dengan unit Wankel. Akibatnya, pada tahun 1964, NSU menghadirkan mobil pertamanya, NSU Spider, sebagai tanggapan, Mazda menghadirkan prototipe mesin 2 dan 4-rotor. Setelah 3 tahun, NSU Motorenwerke merilis model Ro 80, tetapi menerima banyak ulasan negatif karena banyak kegagalan dengan latar belakang desain yang tidak sempurna. Masalah ini tidak terpecahkan sampai tahun 1972 dan perusahaan setelah 7 tahun diserap oleh Audi, dan mesin Wankel sudah menjadi terkenal.

Pabrikan Jepang Mazda mengumumkan bahwa insinyur mereka memecahkan masalah penyegelan bagian atas (untuk kekencangan antar ruang), mereka mulai menggunakan motor tidak hanya di mobil sport, tetapi juga di kendaraan komersial. Ngomong-ngomong, para pemilik mobil Mazda dengan mesin rotary mencatat respon throttle tinggi dan elastisitas mesinnya.

Mazda kemudian meninggalkan pengenalan besar-besaran mesin canggih, memasangnya hanya pada model RX-7 dan RX-8. Untuk RX-8 dirancang mesin Renesis yang telah disempurnakan dalam banyak hal, yaitu:

• ventilasi buang yang dipindahkan untuk meningkatkan blowdown, yang secara signifikan meningkatkan daya;
• menambahkan beberapa bagian keramik untuk mencegah distorsi termal;
• sistem manajemen mesin elektronik yang dipikirkan dengan matang;
• adanya dua busi (utama dan untuk afterburner);
• menambahkan jaket air untuk menghilangkan endapan karbon di outlet.

Hasilnya, mesin kompak dengan volume 1.3 liter dan output tenaga sekitar 231 hp diperoleh.

Keuntungan

Keunggulan utama mesin piston putar:

1. Bobot dan dimensinya yang rendah, yang secara langsung memengaruhi dasar desain kendaraan. Faktor ini penting saat mendesain mobil sport dengan pusat gravitasi rendah.
2. Lebih sedikit detail. Ini tidak hanya memungkinkan Anda untuk mengurangi biaya pemeliharaan motor, tetapi juga untuk mengurangi kehilangan daya untuk gerakan atau rotasi bagian terkait. Faktor ini secara langsung mempengaruhi efisiensi tinggi.
3. Dengan volume yang sama dengan mesin piston klasik, tenaga mesin piston putar 2-3 kali lebih tinggi.
4. Kelancaran dan elastisitas kerja, tidak adanya getaran nyata karena tidak ada gerakan bolak-balik dari unit utama.
5. Mesinnya bisa digerakkan oleh bensin beroktan rendah.
6. Kisaran kecepatan pengoperasian yang lebar memungkinkan penggunaan transmisi dengan gigi yang lebih pendek, yang sangat nyaman untuk kondisi perkotaan.
7. "Rak" torsi disediakan untuk ⅔ siklus, dan bukan untuk seperempat, seperti pada mesin Otto.
8. Oli mesin praktis tidak terkontaminasi, interval pengurasan jauh lebih lebar. Di sini, oli tidak mengalami pembakaran, seperti pada motor piston, proses ini terjadi melalui ring.
9. Tidak ada ledakan.

Ngomong-ngomong, telah terbukti bahwa meskipun motor ini di ambang sumber daya, mengonsumsi banyak oli, beroperasi pada kompresi rendah, tenaganya akan sedikit berkurang. Martabat inilah yang menyuap saya untuk pemasangan mesin piston putar di pesawat terbang.

Seiring dengan keuntungan yang mengesankan, ada juga kerugian yang mencegah mesin piston putar maju mencapai massa.

 Kekurangan:

1. Proses pembakaran tidak cukup efisien, akibatnya konsumsi bahan bakar meningkat dan standar toksisitas memburuk. Masalahnya sebagian terpecahkan dengan adanya busi kedua yang membakar campuran kerja.
2. Konsumsi minyak yang tinggi. Kerugiannya dijelaskan oleh fakta bahwa mesin Wankel dilumasi secara berlebihan, dan di tempat-tempat tertentu, terkadang oli bisa terbakar. Ada minyak berlebih di zona pembakaran yang mengakibatkan penumpukan karbon. Mereka mencoba mengatasi masalah ini dengan memasang pipa "panas" yang meningkatkan perpindahan panas dan menyamakan suhu oli di seluruh mesin.
3. Kesulitan dalam perbaikan. Tidak semua spesialis siap untuk secara profesional melakukan perbaikan mesin Wankel. Secara struktural, unit tidak lebih rumit dari motor klasik, tetapi ada banyak nuansa, ketidakpatuhan yang akan menyebabkan kerusakan awal pada mesin. Untuk ini kami menambahkan biaya perbaikan yang tinggi.
4. Sumber daya rendah. Bagi pemilik Mazda RX-8, jarak tempuh 80 km berarti sudah waktunya melakukan perombakan besar-besaran. Sayangnya, kekompakan dan efisiensi tinggi tersebut harus dibayar dengan perbaikan yang mahal dan rumit setiap 000-80 ribu kilometer.

Pertanyaan dan Jawaban:

Apa perbedaan antara mesin rotari dan mesin piston? Tidak ada piston di motor putar, yang berarti bahwa gerakan bolak-balik tidak digunakan untuk memutar poros mesin pembakaran internal - rotor segera berputar di dalamnya.

Apa yang dimaksud dengan mesin putar pada mobil? Ini adalah unit termal (berfungsi karena pembakaran campuran udara-bahan bakar), hanya menggunakan rotor yang berputar, di mana poros dipasang, yang menuju ke gearbox.

Mengapa mesin rotari sangat buruk? Kerugian utama dari motor putar adalah sumber daya kerja yang sangat kecil karena keausan cepat segel antara ruang bakar unit (sudut operasi terus berubah dan suhu konstan turun).