Wankel dzinējs - RPD automašīnas ierīce un darbības princips

Visā automobiļu rūpniecības vēsturē ir bijuši daudzi progresīvi risinājumi, mainīti komponentu un mezglu dizaini. Pirms vairāk nekā 30 gadiem aktīvi mēģinājumi virzīt virzuļdzinēju uz sāniem, dodot priekšrocības Wankel rotējošajam virzuļdzinējam. Tomēr daudzu apstākļu dēļ rotējošie motori nesaņēma savas tiesības uz dzīvību. Par to visu lasiet zemāk.

Kā tas darbojas

Rotoram ir trīsstūra forma, katrā pusē tam ir izliekta forma, kas darbojas kā virzulis. Katrā rotora pusē ir īpašas rievas, kas nodrošina vairāk vietas degvielas un gaisa maisījumam, tādējādi palielinot motora darba ātrumu. Malu augšdaļa ir aprīkota ar nelielu blīvēšanas deflektoru, kas atvieglo katra sitiena izpildi. Abās pusēs rotors ir aprīkots ar blīvēšanas gredzeniem, kas veido kameru sienu. Rotora vidus ir aprīkots ar zobiem, ar kuru palīdzību mehānisms griežas.

Vankeles motora darbības princips ir pilnīgi atšķirīgs no klasiskā, tomēr tos apvieno viens process, kas sastāv no 4 gājieniem (ieplūdes-saspiešanas-darba gājiena-izplūdes). Degviela nonāk pirmajā izveidotajā kamerā, otrajā saspiež, tad rotors griežas un saspiesto maisījumu aizdedzina aizdedzes svece, pēc tam, kad darba maisījums rotē rotoru un iziet uz izplūdes kolektoru. Galvenais atšķirības princips ir tāds, ka rotējošā virzuļdzinējā darba kamera nav statiska, bet to veido rotora kustība.

Ierīce

Pirms ierīces izpratnes jums jāzina rotējošā virzuļmotora galvenās sastāvdaļas. Wankel dzinējs sastāv no:

• statora korpuss;
• rotors;
• pārnesumu komplekts;
• ekscentriska vārpsta;
• sveces (aizdedzes un pēcdedzes).

Rotācijas motors ir iekšdedzes iekārta. Šajā motorā visi 4 darba gājieni notiek pilnībā, tomēr katrai fāzei ir sava kamera, kuru rotors veido, pagriežot kustību. 

Kad ir ieslēgta aizdedze, starteris pagriež spararatu un iedarbina motoru. Rotējot, rotors caur zobrata vainagu pārnes griezes momentu uz ekscentrisko asi (virzuļdzinējam tas ir sadales vārpsta). 

Vankela motora darba rezultātam vajadzētu būt darba maisījuma spiediena veidošanās, liekot rotora rotācijas kustībām atkārtoties atkal un atkal, pārnesot griezes momentu. 

Šajā motorā cilindri, virzuļi, kloķvārpsta ar šarnīriem aizstāj visu statora korpusu ar rotoru. Pateicoties tam, motora tilpums ir ievērojami samazināts, savukārt jauda ir daudzkārt lielāka nekā klasiskajam motoram ar kloķa mehānismu, ar tādu pašu tilpumu. Šim dizainam ir augsta pārnesumkārba arī zemo berzes zudumu dēļ.

Starp citu, motora darba ātrums var pārsniegt 7000 apgriezienus minūtē, savukārt Mazda Wankel dzinēji (sporta sacensībām) pārsniedz 10000 apgriezienus minūtē. 

Dizains

Viena no galvenajām šīs iekārtas priekšrocībām ir tā kompaktums un mazāks svars, salīdzinot ar klasiskajiem vienāda izmēra dzinējiem. Izkārtojums ļauj ievērojami samazināt smaguma centru, un tas labvēlīgi ietekmē vadības stabilitāti un asumu. Mazās lidmašīnas, sporta automašīnas un mehāniskie transportlīdzekļi ir izmantojuši un joprojām izmanto šo priekšrocību. 

Stāsts

Wankel dzinēja rašanās un izplatīšanās vēsture ļaus jums labāk saprast, kāpēc tas bija labākais dzinējs savā laikā un kāpēc tas šodien tika pamests.

Agrīna attīstība

1951. gadā vācu uzņēmums NSU Motorenwerke izstrādāja divus dzinējus: pirmo - Fēliksa Vankela, ar nosaukumu DKM, bet otro - Hansa Paschke KKM (pamatojoties uz Wankel izstrādi). 

Wankel vienības darbības pamats bija atsevišķa ķermeņa un rotora rotācija, kuras dēļ darba apgriezieni sasniedza 17000 XNUMX minūtē. Neērtības bija tādas, ka, lai nomainītu aizdedzes sveces, bija jāizjauc dzinējs. Bet KKM motoram bija fiksēts korpuss, un tā konstrukcija bija daudz vienkāršāka nekā galvenais prototips.

Izsniegtas licences

1960. gadā NSU Motorenwerke parakstīja līgumu ar amerikāņu ražošanas uzņēmumu Curtiss-Wright Corporation. Līgumā vācu inženieriem bija jāpievēršas mazu rotējošu virzuļdzinēju izstrādei vieglajiem transportlīdzekļiem, savukārt amerikānis Kērtiss-Raits nodarbojās ar lidmašīnu dzinēju izstrādi. Par dizaineru tika pieņemts darbā arī vācu mašīnbūves inženieris Makss Bentele. 

Lielākā daļa pasaules automašīnu ražotāju, tostarp Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda un daudzi citi. 1959. gadā amerikāņu kompānija ieviesa uzlabotu Wankel dzinēja versiju, un gadu vēlāk britu Rolls Royce parādīja savu divpakāpju rotējošo virzuļdzinēju.

Tikmēr daži Eiropas autoražotāji sāka mēģināt aprīkot automašīnas ar jauniem dzinējiem, taču ne visi to atrada: GM atteicās, Citroen bija apņēmies izstrādāt dzinēju ar pretvirzuļiem lidmašīnām, un Mercedes-Benz uzstādīja rotējošu virzuļdzinēju eksperimentālajā C 111 modelī. 

1961. gadā Padomju Savienībā NAMI kopā ar citiem pētniecības institūtiem sāka Wankel dzinēja izstrādi. Tika izstrādātas daudzas iespējas, viena no tām atrada savu pielietojumu VDK automašīnā VAZ-2105. Precīzs samontēto motoru skaits nav zināms, taču tas nepārsniedz vairākus desmitus. 

Starp citu, gadiem vēlāk tikai autobūves kompānija Mazda ir patiesi atradusi pielietojumu rotācijas virzuļdzinējam. Spilgts piemērs tam ir RX-8 modelis.

Motociklu izstrāde

Lielbritānijā motociklu ražotājs Norton Motorcycles ir izstrādājis Sachs gaisa dzesēšanas rotācijas virzuļdzinēju mehāniskajiem transportlīdzekļiem. Jūs varat uzzināt vairāk par attīstību, lasot par Hercules W-2000 motociklu.

Suzuki nestāvēja malā, kā arī izlaida savu motociklu. Tomēr inženieri rūpīgi izstrādāja motora dizainu, izmantoja dzelzs sakausējumu, kas ievērojami palielināja iekārtas uzticamību un kalpošanas laiku.

Automašīnu attīstība

Noslēdzot pētniecības līgumu starp Mazda un NSU, uzņēmumi sāka sacensties par čempionu pirmās automašīnas ražošanā ar Wankel vienību. Rezultātā 1964. gadā NSU prezentēja savu pirmo automašīnu NSU Spider, Mazda prezentēja 2 un 4 rotora dzinēju prototipu. Pēc 3 gadiem NSU Motorenwerke izlaida Ro 80 modeli, taču saņēma daudz negatīvu atsauksmju daudzu kļūmju dēļ uz nepilnīga dizaina fona. Šī problēma tika atrisināta tikai 1972. gadā, un uzņēmums pēc 7 gadiem tika absorbēts Audi, un Wankel dzinēji jau bija kļuvuši bēdīgi slaveni.

Japānas ražotājs Mazda paziņoja, ka viņu inženieri atrisināja augšdaļas blīvēšanas problēmu (lai nodrošinātu blīvumu starp kamerām), viņi sāka izmantot motorus ne tikai sporta automašīnās, bet arī komerciālajos transportlīdzekļos. Starp citu, Mazda automašīnu īpašnieki ar rotācijas motoru atzīmēja augstu motora reakciju un motora elastību.

Vēlāk Mazda atteicās no modernā dzinēja masveida ieviešanas, uzstādot to tikai RX-7 un RX-8 modeļos. RX-8 tika izstrādāts Renesis dzinējs, kas ir uzlabots daudzos veidos, proti:

• pārvietotas izplūdes atveres, lai uzlabotu izpūšanu, kas ievērojami palielināja jaudu;
• pievienotas dažas keramikas detaļas, lai novērstu termiskus traucējumus;
• pārdomāta elektroniskā dzinēja vadības sistēma;
• divu sveces klātbūtne (galvenā un pēcdedzes);
• pievienojot ūdens apvalku, lai novērstu oglekļa nogulsnes pie izejas.

Rezultātā tika iegūts kompakts motors ar tilpumu 1.3 litri un jaudu aptuveni 231 ZS.

Priekšrocības

Rotējošā virzuļdzinēja galvenās priekšrocības:

1. Tās mazais svars un izmēri, kas tieši ietekmē automašīnas dizaina pamatu. Šis faktors ir svarīgs, izstrādājot sporta automašīnu ar zemu smaguma centru.
2. Mazāk detaļu. Tas ļauj ne tikai samazināt motora uzturēšanas izmaksas, bet arī samazināt jaudas zudumus saistīto daļu kustībai vai rotācijai. Šis faktors tieši ietekmēja augsto efektivitāti.
3. Ar tādu pašu tilpumu kā klasiskajam virzuļdzinējam rotējošā virzuļdzinēja jauda ir 2-3 reizes lielāka.
4. Darba vienmērīgums un elastība, taustāmu vibrāciju neesamība sakarā ar to, ka nav galveno vienību kustības.
5. Dzinēju var darbināt ar zemu oktāna skaitļa benzīnu.
6. Plašais darbības ātruma diapazons ļauj izmantot transmisiju ar īsākiem pārnesumiem, kas ir ārkārtīgi ērti pilsētas apstākļos.
7. Griezes momenta “plaukts” ir paredzēts cikla ⅔, nevis ceturtdaļai, kā tas ir Otto motorā.
8. Motoreļļa praktiski nav piesārņota, iztukšošanas intervāls ir daudzkārt lielāks. Šeit eļļa nav sadedzināta, tāpat kā virzuļdzinējos, šis process notiek caur gredzeniem.
9. Detonācijas nav.

Starp citu, ir pierādīts, ka pat tad, ja šis motors atrodas uz resursa robežas, patērē daudz eļļas, darbojas ar zemu saspiešanas līmeni, tā jauda nedaudz samazināsies. Tieši šī cieņa mani uzpirka rotācijas virzuļmotora uzstādīšanai lidmašīnās.

Kopā ar iespaidīgām priekšrocībām ir arī trūkumi, kas neļāva progresīvajam rotējošajam virzuļdzinējam sasniegt masas.

 Ierobežojumi

1. Degšanas process nav pietiekami efektīvs, tāpēc palielinās degvielas patēriņš un pasliktinās toksicitātes standarti. Problēmu daļēji atrisina otrā sveces klātbūtne, kas sadedzina darba maisījumu.
2. Liels eļļas patēriņš. Trūkums izskaidrojams ar faktu, ka Wankel dzinēji ir pārmērīgi ieeļļoti, un dažās vietās dažreiz eļļa var izdegt. Sadegšanas zonās ir naftas pārpalikums, kā rezultātā veidojas ogleklis. Viņi mēģināja tikt galā ar šo problēmu, uzstādot "siltuma" caurules, kas uzlabo siltuma pārnesi un izlīdzina eļļas temperatūru visā dzinējā.
3. Remonta grūtības. Ne visi speciālisti ir gatavi profesionāli ķerties pie Vankeles dzinēja remonta. Strukturāli vienība nav sarežģītāka par klasisko motoru, taču ir daudz nianses, kuru neievērošana novedīs pie agras motora atteices. Tam pievienojam augstās remonta izmaksas.
4. Zems resurss. Mazda RX-8 īpašniekiem nobraukums 80 000 km nozīmē, ka ir pienācis laiks veikt pamatīgu remontu. Diemžēl par šādu kompaktumu un augstu efektivitāti jāmaksā ar dārgu un sarežģītu remontu ik pēc 80-100 tūkstošiem kilometru.

Jautājumi un atbildes:

Kāda ir atšķirība starp rotācijas dzinēju un virzuļdzinēju? Rotējošajā motorā nav virzuļu, kas nozīmē, ka iekšdedzes dzinēja vārpstas griešanai netiek izmantotas abpusējās kustības - tajā uzreiz griežas rotors.

Kas ir rotējošais dzinējs automašīnā? Šis ir termoagregāts (darbojas gaisa-degvielas maisījuma sadegšanas dēļ), tikai tajā tiek izmantots rotējošs rotors, uz kura ir piestiprināta vārpsta, kas iet uz pārnesumkārbu.

Kāpēc rotācijas dzinējs ir tik slikts? Rotācijas motora galvenais trūkums ir ļoti mazs darba resurss, kas saistīts ar ātru blīvējumu nodilumu starp iekārtas sadegšanas kamerām (darba leņķis pastāvīgi mainās un nemainīga temperatūra pazeminās).