Wankel variklis - RPD automobilio prietaisas ir veikimo principas

Per visą automobilių pramonės istoriją buvo daug pažangių sprendimų, pasikeitė komponentų ir mazgų dizainas. Daugiau nei prieš 30 metų aktyvūs bandymai pradėjo stūmoklio variklį perkelti į šoną, suteikdami pranašumą rotaciniam Wankelio stūmoklio varikliui. Tačiau dėl daugelio aplinkybių rotaciniai varikliai negavo teisės į gyvybę. Apie visa tai skaitykite žemiau.

Veikimo principas

Rotorius yra trikampio formos, iš kiekvienos pusės jis turi išgaubtą formą, kuri veikia kaip stūmoklis. Kiekvienoje rotoriaus pusėje yra specialūs grioveliai, kurie suteikia daugiau vietos kuro ir oro mišiniui, taip padidindami variklio darbo greitį. Kraštų viršuje yra nedidelis sandarinimo deflektorius, palengvinantis kiekvieno ritmo atlikimą. Iš abiejų pusių rotorius turi sandarinimo žiedus, kurie sudaro kamerų sieną. Rotoriaus viduryje yra dantys, kurių pagalba sukasi mechanizmas.

„Wankel“ variklio veikimo principas visiškai skiriasi nuo klasikinio, tačiau juos vienija vienas procesas, susidedantis iš 4 taktų (įsiurbimo-suspaudimo-darbo takto-išmetimo). Kuras patenka į pirmą susidariusią kamerą, yra suspaustas antroje, tada rotorius sukasi ir suspaustas mišinys uždegamas žvake, po to, kai darbinis mišinys sukasi rotorių ir išeina į išmetimo kolektorių. Pagrindinis skiriamasis principas yra tai, kad rotaciniame stūmoklio variklyje darbo kamera nėra statiška, o susidaro dėl rotoriaus judėjimo.

Įrenginys

Prieš suprasdami prietaisą, turėtumėte žinoti pagrindinius rotacinio stūmoklio variklio komponentus. Wankelio variklį sudaro:

• statoriaus korpusas;
• rotorius;
• krumpliaračių rinkinys;
• ekscentrinis velenas;
• žvakės (uždegančios ir perdegančios).

Sukamasis variklis yra vidaus degimo įrenginys. Šiame variklyje visi 4 darbo smūgiai įvyksta visiškai, tačiau kiekvienai fazei yra sava kamera, kurią rotorius suformuoja sukdamasis judesys. 

Įjungus uždegimą, starteris pasuka smagratį ir užveda variklis. Besisukantis rotorius per pavaros karūną perduoda sukimo momentą į ekscentrinį veleną (stūmoklio varikliui tai yra paskirstymo velenas). 

Vankelio variklio darbo rezultatas turėtų būti darbinio mišinio slėgio susidarymas, priverčiantis rotoriaus sukimosi judesius kartotis dar kartą, perduodant sukimo momentą transmisijai. 

Šiame variklyje cilindrai, stūmokliai, alkūninis velenas su švaistikliais pakeičia visą statoriaus korpusą rotoriumi. Dėl to variklio tūris žymiai sumažėja, o galia yra daug kartų didesnė nei klasikinio variklio su alkūniniu mechanizmu, kurio tūris yra toks pats. Ši konstrukcija turi aukštą pavarų dėžę taip pat dėl ​​mažų trinties nuostolių.

Beje, variklio darbinis greitis gali viršyti 7000 aps / min, tuo tarpu „Mazda Wankel“ varikliai (skirti sporto varžyboms) viršija 10000 aps./min. 

Dizainas

Vienas pagrindinių šio agregato privalumų – kompaktiškumas ir mažesnis svoris, lyginant su klasikiniais vienodo dydžio varikliais. Išdėstymas leidžia žymiai sumažinti svorio centrą, o tai teigiamai veikia valdymo stabilumą ir ryškumą. Maži orlaiviai, sportiniai automobiliai ir motorinės transporto priemonės naudojo ir tebenaudoja šį pranašumą. 

Istorija

„Wankel“ variklio atsiradimo ir paplitimo istorija leis geriau suprasti, kodėl tai buvo geriausias variklis savo dienomis ir kodėl jo atsisakyta šiandien.

Ankstyvieji pokyčiai

1951 metais vokiečių kompanija NSU Motorenwerke sukūrė du variklius: pirmąjį – Felixo Wankelio pavadinimu DKM, o antrąjį – Hanso Paschke’s KKM (pagal Wankel kūrimą). 

Vankelio bloko darbo pagrindas buvo atskiras kūno ir rotoriaus sukimasis, dėl kurio darbinės apsisukimai pasiekė 17000 XNUMX per minutę. Nepatogumų buvo tai, kad norint išjungti žvakes, reikėjo išardyti variklį. Bet KKM variklis turėjo fiksuotą kėbulą, o jo konstrukcija buvo daug paprastesnė nei pagrindinis prototipas.

Išduotos licencijos

1960 m. „NSU Motorenwerke“ pasirašė sutartį su Amerikos gamybos įmone „Curtiss-Wright Corporation“. Pagal sutartį vokiečių inžinieriai daugiausia dėmesio skyrė mažų rotacinių stūmoklinių variklių kūrimui lengvosioms transporto priemonėms, o amerikietis Curtis-Wrightas užsiėmė lėktuvų variklių kūrimu. Dizaineriu taip pat buvo pasamdytas vokiečių mechanikos inžinierius Maxas Bentele. 

Didžioji dauguma pasaulio automobilių gamintojų, įskaitant „Citroen“, „Porsche“, „Ford“, „Nissan“, GM, „Mazda“ ir daugelį kitų. 1959 metais amerikiečių kompanija pristatė patobulintą „Wankel“ variklio versiją, o po metų britų „Rolls Royce“ parodė savo dviejų pakopų dyzelinį rotorinį stūmoklinį variklį.

Tuo tarpu kai kurie Europos automobilių gamintojai pradėjo bandyti aprūpinti automobilius naujais varikliais, tačiau ne visi rado jų pritaikymą: GM atsisakė, „Citroen“ buvo pasiryžęs kurti variklį su stūmokliais orlaiviams, o „Mercedes-Benz“ sumontavo rotacinį stūmoklinį variklį. eksperimentiniame C 111 modelyje. 

1961 m. Sovietų Sąjungoje NAMI kartu su kitais tyrimų institutais pradėjo kurti „Wankel“ variklį. Buvo sukurta daugybė variantų, vienas jų buvo pritaikytas KGB automobilyje VAZ-2105. Tikslus surinktų variklių skaičius nežinomas, tačiau jis neviršija kelių dešimčių. 

Beje, po daugelio metų tik automobilių kompanija „Mazda“ tikrai rado rotacinį stūmoklinį variklį. Ryškus to pavyzdys yra RX-8 modelis.

Motociklų plėtra

Didžiojoje Britanijoje motociklų gamintojas „Norton Motorcycles“ sukūrė variklinėms transporto priemonėms skirtą rotacinį stūmoklinį variklį „Sachs“. Daugiau apie kūrimą galite sužinoti perskaitę apie „Hercules W-2000“ motociklą.

„Suzuki“ nestovėjo nuošalyje ir išleido savo motociklą. Tačiau inžinieriai kruopščiai parengė variklio konstrukciją, naudojo geležies lydinį, kuris žymiai padidino įrenginio patikimumą ir tarnavimo laiką.

Automobilių pokyčiai

Pasirašę mokslinių tyrimų sutartį tarp „Mazda“ ir NSU, įmonės pradėjo konkuruoti dėl čempiono gaminant pirmąjį automobilį su „Wankel“ agregatu. Dėl to 1964 m. NSU pristatė savo pirmąjį automobilį „NSU Spider“, reaguodama į „Mazda“ pristatė 2 ir 4 rotorių variklių prototipą. Po 3 metų „NSU Motorenwerke“ išleido „Ro 80“ modelį, tačiau dėl daugybės gedimų dėl netobulo dizaino sulaukė daug neigiamų atsiliepimų. Ši problema buvo išspręsta tik 1972 m., O po 7 metų bendrovė buvo įsisavinta „Audi“, o „Wankel“ varikliai jau tapo žinomi.

Japonijos gamintojas „Mazda“ paskelbė, kad jų inžinieriai išsprendė viršutinės dalies sandarinimo problemą (dėl sandarumo tarp kamerų), jie pradėjo naudoti variklius ne tik sportiniuose automobiliuose, bet ir komerciniuose automobiliuose. Beje, „Mazda“ automobilių su sukamuoju varikliu savininkai atkreipė dėmesį į didelį variklio droselio atsaką ir elastingumą.

Vėliau „Mazda“ atsisakė masiško pažangaus variklio pristatymo, montuodama jį tik RX-7 ir RX-8 modeliuose. „RX-8“ buvo sukurtas „Renesis“ variklis, kuris buvo patobulintas įvairiais būdais:

• išstumtos išmetimo angos, kad pagerėtų smūgis, o tai žymiai padidino galią;
• pridėjo keletą keraminių dalių, kad būtų išvengta šilumos iškraipymų;
• gerai apgalvota elektroninė variklio valdymo sistema;
• dviejų žvakių buvimas (pagrindinis ir antrinis degiklis);
• pridedant vandens striukę, kad būtų pašalintos anglies nuosėdos išleidimo angoje.

Dėl to buvo gautas kompaktiškas variklis, kurio tūris buvo 1.3 litro, o galia - apie 231 AG.

privalumai

Pagrindiniai rotacinio stūmoklio variklio privalumai:

1. Jo lengvas svoris ir matmenys, kurie tiesiogiai veikia automobilio konstrukcijos pagrindą. Šis veiksnys yra svarbus kuriant sportinį automobilį su žemu svorio centru.
2. Mažiau detalių. Tai leidžia ne tik sumažinti variklio priežiūros išlaidas, bet ir sumažinti galingus nuostolius judant ar sukant susijusias dalis. Šis veiksnys tiesiogiai įtakojo aukštą efektyvumą.
3. Turėdamas tokį patį tūrį kaip klasikinis stūmoklinis variklis, rotacinio stūmoklio variklio galia yra 2-3 kartus didesnė.
4. Darbo sklandumas ir elastingumas, apčiuopiamų vibracijų nebuvimas dėl to, kad nėra grįžtamųjų pagrindinių mazgų judesių.
5. Variklis gali būti varomas mažo oktaninio skaičiaus benzinu.
6. Platus veikimo greičio diapazonas leidžia naudoti transmisiją su trumpesnėmis pavaromis, o tai ypač patogu miesto sąlygomis.
7. Sukimo momento „lentyna“ numatyta ⅔ ciklo, o ne ketvirčiui, kaip Otto variklyje.
8. Variklio alyva praktiškai nėra užteršta, išleidimo intervalas yra daug kartų ilgesnis. Čia alyva nėra deginama, kaip ir stūmokliniuose varikliuose, šis procesas vyksta per žiedus.
9. Detonacijos nėra.

Beje, įrodyta, kad net jei šis variklis yra ant resursų slenksčio, sunaudoja daug alyvos, veikia esant žemai kompresijai, jo galia šiek tiek sumažės. Būtent šis orumas mane papirko orlaiviuose įrengiant rotacinį stūmoklinį variklį.

Kartu su įspūdingais pranašumais yra ir trūkumų, dėl kurių pažangus rotacinis stūmoklinis variklis negalėjo pasiekti masės.

 Trūkumai

1. Degimo procesas nėra pakankamai efektyvus, dėl to padidėja degalų sąnaudos ir prastėja toksiškumo standartai. Iš dalies problemą išsprendžia buvusi antroji žvakė, kuri išdegina darbinį mišinį.
2. Didelis naftos suvartojimas. Trūkumas yra dėl to, kad Wankel varikliai yra pernelyg sutepti, o tam tikrose vietose kartais gali išdegti alyva. Degimo zonose yra naftos perteklius, dėl kurio kaupiasi anglis. Jie bandė išspręsti šią problemą įrengdami „šilumos“ vamzdžius, kurie pagerina šilumos perdavimą ir išlygina alyvos temperatūrą visame variklyje.
3. Remonto sunkumai. Ne visi specialistai yra pasirengę profesionaliai imtis Wankelio variklio remonto. Struktūriškai vienetas nėra sudėtingesnis nei klasikinis variklis, tačiau yra daugybė niuansų, kurių nesilaikymas paskatins ankstyvą variklio gedimą. Prie to pridedame didelę remonto kainą.
4. Mažas resursas. „Mazda RX-8“ savininkams 80 000 km rida reiškia, kad laikas atlikti kapitalinį remontą. Deja, už tokį kompaktiškumą ir didelį efektyvumą reikia mokėti brangiai ir kompleksiškai atliekant remontą kas 80–100 tūkstančių kilometrų.

Klausimai ir atsakymai:

Kuo skiriasi rotorinis variklis ir stūmoklinis variklis? Rotaciniame variklyje stūmoklių nėra, vadinasi, vidaus degimo variklio velenui sukti nenaudojami stūmokliniai judesiai – jame iš karto sukasi rotorius.

Kas yra rotorinis variklis automobilyje? Tai šiluminis mazgas (veikia dėl oro ir kuro mišinio degimo), tik jame naudojamas besisukantis rotorius, ant kurio pritvirtintas velenas, kuris eina į pavarų dėžę.

Kodėl rotorinis variklis toks blogas? Pagrindinis sukamojo variklio trūkumas yra labai mažas darbo resursas dėl greito tarpiklių tarp agregato degimo kamerų susidėvėjimo (darbo kampas nuolat kinta ir nuolat krenta temperatūra).