Motore Wankel: il dispositivo e il principio di funzionamento dell'auto RPD

Nel corso della storia dell'industria automobilistica, ci sono state molte soluzioni avanzate, i progetti di componenti e assiemi sono cambiati. Più di 30 anni fa, i tentativi attivi iniziarono a spostare il motore a pistoni di lato, dando il vantaggio al motore a pistoni rotanti Wankel. Tuttavia, a causa di molte circostanze, i motori rotativi non hanno ricevuto il diritto alla vita. Leggi tutto questo di seguito.

Come funziona

Il rotore ha una forma triangolare, su ogni lato ha una forma convessa che funge da pistone. Ogni lato del rotore ha speciali cavità che forniscono più spazio per la miscela aria-carburante, aumentando così la velocità di funzionamento del motore. La parte superiore dei bordi è dotata di un piccolo setto di tenuta che facilita l'esecuzione di ogni battuta. Su entrambi i lati il ​​rotore è dotato di anelli di tenuta che formano la parete delle camere. Il centro del rotore è dotato di denti, con l'aiuto dei quali ruota il meccanismo.

Il principio di funzionamento del motore Wankel è completamente diverso da quello classico, tuttavia sono accomunati da un unico processo costituito da 4 tempi (aspirazione-compressione-funzionamento corsa-scarico). Il carburante entra nella prima camera formata, viene compresso nella seconda, quindi il rotore ruota e la miscela compressa viene accesa dalla candela, dopodiché la miscela di lavoro ruota il rotore ed esce al collettore di scarico. Il principale principio distintivo è che in un motore a pistoni rotanti la camera di lavoro non è statica, ma è formata dal movimento del rotore.

Dispositivo

Prima di comprendere il dispositivo, è necessario conoscere i componenti principali di un motore a pistoni rotanti. Il motore Wankel è composto da:

• alloggiamento dello statore;
• rotore;
• una serie di ingranaggi;
• albero eccentrico;
• candele (accensione e postcombustione).

Un motore rotativo è un'unità a combustione interna. In questo motore tutte e 4 le corse di lavoro avvengono in pieno, tuttavia per ogni fase è presente una propria camera, che è formata dal rotore mediante movimento rotatorio. 

Quando l'accensione è inserita, il motorino di avviamento gira il volano e il motore si avvia. Ruotando, il rotore, attraverso la corona del cambio, trasmette la coppia all'albero eccentrico (per un motore a pistoni, questo è un albero a camme). 

Il risultato del lavoro del motore Wankel dovrebbe essere la formazione della pressione della miscela di lavoro, costringendo i movimenti di rotazione del rotore a ripetersi ancora e ancora, trasmettendo la coppia alla trasmissione. 

In questo motore, cilindri, pistoni, albero motore con bielle sostituiscono l'intero alloggiamento dello statore con un rotore. Grazie a ciò, il volume del motore si riduce notevolmente, mentre la potenza è molte volte superiore a quella di un classico motore con manovella, a parità di volume. Questo design ha un cambio alto anche a causa delle basse perdite per attrito.

A proposito, la velocità operativa del motore può superare i 7000 giri / min, mentre i motori Mazda Wankel (per le competizioni sportive) superano i 10000 giri / min. 

disegno

Uno dei principali vantaggi di questa unità è la sua compattezza e leggerezza rispetto ai classici motori di pari dimensioni. Il layout consente di ridurre notevolmente il baricentro e ciò influisce favorevolmente sulla stabilità e sulla nitidezza del controllo. Piccoli aerei, auto sportive e autoveicoli hanno utilizzato e utilizzano tuttora questo vantaggio. 

storia

La storia dell'origine e della diffusione del motore Wankel ti permetterà di capire meglio perché era il miglior motore ai suoi tempi e perché oggi è stato abbandonato.

I primi sviluppi

Nel 1951, la società tedesca NSU Motorenwerke sviluppò due motori: il primo - di Felix Wankel, con il nome DKM, e il secondo - KKM di Hans Paschke (basato sullo sviluppo di Wankel). 

La base del funzionamento dell'unità Wankel era la rotazione separata del corpo e del rotore, grazie alla quale i giri operativi raggiungevano 17000 al minuto. L'inconveniente era che il motore doveva essere smontato per sostituire le candele. Ma il motore KKM aveva un corpo fisso e il suo design era molto più semplice del prototipo principale.

Licenze rilasciate

Nel 1960, NSU Motorenwerke firmò un accordo con la società di produzione americana Curtiss-Wright Corporation. Il contratto prevedeva che gli ingegneri tedeschi si concentrassero sullo sviluppo di piccoli motori a pistoni rotanti per veicoli leggeri, mentre l'americano Curtis-Wright era impegnato nello sviluppo di motori per aerei. Anche l'ingegnere meccanico tedesco Max Bentele fu assunto come progettista. 

La stragrande maggioranza delle case automobilistiche globali, tra cui Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda e molti altri. Nel 1959, l'azienda americana introdusse una versione migliorata del motore Wankel e un anno dopo la Rolls Royce britannica mostrò il suo motore a pistoni rotanti diesel a due stadi.

Nel frattempo, alcune case automobilistiche europee iniziarono a provare a dotare le auto di nuovi motori, ma non tutte trovarono la loro applicazione: GM rifiutò, Citroen era fissata sullo sviluppo di un motore con contropistoni per aerei e Mercedes-Benz installò un motore a pistoni rotanti nel modello sperimentale C 111. 

Nel 1961, in Unione Sovietica, NAMI, insieme ad altri istituti di ricerca, iniziò lo sviluppo del motore Wankel. Sono state progettate molte opzioni, una di queste ha trovato la sua applicazione nell'auto VAZ-2105 per il KGB. Il numero esatto di motori assemblati è sconosciuto, ma non supera diverse dozzine. 

A proposito, anni dopo, solo l'azienda automobilistica Mazda ha veramente trovato un impiego per un motore a pistoni rotanti. Un esempio lampante di ciò è il modello RX-8.

Sviluppi motociclistici

In Gran Bretagna, il produttore di motociclette Norton Motorcycles ha sviluppato il motore a pistoni rotanti raffreddato ad aria Sachs per veicoli a motore. Puoi saperne di più sullo sviluppo leggendo la motocicletta Hercules W-2000.

Suzuki non si è fatta da parte e ha anche rilasciato la propria moto. Tuttavia, gli ingegneri hanno elaborato attentamente il design del motore, hanno utilizzato una ferrolega, che ha aumentato significativamente l'affidabilità e la durata dell'unità.

Sviluppi per auto

Dopo aver firmato un contratto di ricerca tra Mazda e NSU, le aziende hanno iniziato a competere per il campionato nella produzione della prima vettura con un'unità Wankel. Di conseguenza, nel 1964, la NSU presentò la sua prima auto, la NSU Spider, in risposta, Mazda presentò un prototipo di motori a 2 e 4 rotori. Dopo 3 anni, NSU Motorenwerke ha rilasciato il modello Ro 80, ma ha ricevuto molte recensioni negative a causa di numerosi guasti sullo sfondo di un design imperfetto. Questo problema non fu risolto fino al 1972 e l'azienda dopo 7 anni fu assorbita da Audi, e i motori Wankel erano già diventati famosi.

Il produttore giapponese Mazda ha annunciato che i loro ingegneri hanno risolto il problema della sigillatura della parte superiore (per la tenuta tra le camere), hanno iniziato a utilizzare i motori non solo nelle auto sportive, ma anche nei veicoli commerciali. A proposito, i proprietari di auto Mazda con motore rotativo hanno notato l'elevata risposta dell'acceleratore e l'elasticità del motore.

Mazda in seguito abbandonò la massiccia introduzione del motore avanzato, installandolo solo sui modelli RX-7 e RX-8. Per l'RX-8 è stato progettato il motore Renesis, che è stato migliorato in molti modi, ovvero:

• prese d'aria di scarico spostate per migliorare lo scarico, che ha aumentato significativamente la potenza;
• ha aggiunto alcune parti in ceramica per evitare la distorsione termica;
• sistema di gestione elettronica del motore ben congegnato;
• la presenza di due candele (principale e per postcombustore);
• aggiungendo una camicia d'acqua per eliminare l'accumulo di carbonio all'uscita.

Di conseguenza, è stato ottenuto un motore compatto con un volume di 1.3 litri e una potenza di circa 231 CV.

Vantaggi

I principali vantaggi di un motore a pistoni rotanti:

1. Il suo peso ridotto e le dimensioni, che influenzano direttamente le basi del design dell'auto. Questo fattore è importante quando si progetta un'auto sportiva con un baricentro basso.
2. Meno dettagli. Ciò non solo consente di ridurre i costi di manutenzione del motore, ma anche di ridurre le perdite di potenza per il movimento o la rotazione delle parti correlate. Questo fattore ha influenzato direttamente l'alta efficienza.
3. Con lo stesso volume di un motore a pistoni classico, la potenza di un motore a pistoni rotanti è 2-3 volte superiore.
4. Morbidezza ed elasticità del lavoro, assenza di vibrazioni tangibili dovute al fatto che non ci sono movimenti alternativi delle unità principali.
5. Il motore può essere alimentato da benzina a basso numero di ottani.
6. L'ampio range di velocità di funzionamento consente l'utilizzo della trasmissione con marce più corte, estremamente conveniente per le condizioni urbane.
7. La “mensola” di coppia è prevista per ⅔ del ciclo, e non per un quarto, come nel motore Otto.
8. L'olio motore non è praticamente contaminato, l'intervallo di sostituzione è molte volte più ampio. Qui l'olio non è soggetto a combustione, come nei motori a pistoni, questo processo avviene attraverso gli anelli.
9. Non c'è detonazione.

A proposito, è stato dimostrato che anche se questo motore è sull'orlo di una risorsa, consuma molto olio, funziona a bassa compressione, la sua potenza diminuirà leggermente. È stato questo vantaggio che mi ha portato all'installazione di un motore a pistoni rotanti sugli aerei.

Oltre a vantaggi impressionanti, ci sono anche degli svantaggi che hanno impedito al motore a pistoni rotanti avanzato di raggiungere le masse.

 Limitazioni

1. Il processo di combustione non è abbastanza efficiente, a causa del quale il consumo di carburante aumenta e gli standard di tossicità si deteriorano. Il problema è parzialmente risolto dalla presenza di una seconda candela che brucia la miscela di lavoro.
2. Elevato consumo di olio. Lo svantaggio è dovuto al fatto che i motori Wankel sono eccessivamente lubrificati e in alcuni punti, a volte, l'olio può bruciarsi. C'è un eccesso di olio nelle zone di combustione con conseguente accumulo di carbonio. Hanno cercato di affrontare questo problema installando tubi di "calore" che migliorano il trasferimento di calore e equalizzano la temperatura dell'olio in tutto il motore.
3. Difficoltà nella riparazione. Non tutti gli specialisti sono pronti ad affrontare professionalmente la riparazione di un motore Wankel. Strutturalmente, l'unità non è più complicata di un motore classico, ma ci sono molte sfumature, la cui mancata osservanza porterà a un guasto precoce del motore. A questo aggiungiamo l'alto costo delle riparazioni.
4. Risorse scarse. Per i proprietari di Mazda RX-8, un chilometraggio di 80 km significa che è il momento di fare una revisione importante. Sfortunatamente, tale compattezza e alta efficienza devono essere pagate con riparazioni costose e complesse ogni 000-80 mila chilometri.

Domande e risposte:

Qual è la differenza tra un motore rotativo e un motore a pistoni? Non ci sono pistoni in un motore rotativo, il che significa che i movimenti alternativi non vengono utilizzati per ruotare l'albero del motore a combustione interna: il rotore ruota immediatamente al suo interno.

Cos'è un motore rotativo in un'auto? Questa è un'unità termica (funziona grazie alla combustione di una miscela aria-carburante), utilizza solo un rotore rotante, su cui è fissato l'albero, che va al cambio.

Perché un motore rotativo è così cattivo? Lo svantaggio principale di un motore rotativo è una risorsa di lavoro molto piccola a causa della rapida usura delle guarnizioni tra le camere di combustione dell'unità (l'angolo di funzionamento cambia costantemente e la temperatura scende costantemente).