Wankelmotor - het apparaat en het werkingsprincipe van de RPD-auto

Gedurende de geschiedenis van de auto-industrie zijn er veel geavanceerde oplossingen geweest, de ontwerpen van componenten en samenstellingen zijn veranderd. Meer dan 30 jaar geleden begonnen actieve pogingen om de zuigermotor opzij te schuiven, wat het voordeel gaf aan de Wankel-roterende zuigermotor. Door veel omstandigheden kregen rotatiemotoren echter niet hun recht op leven. Lees hieronder alles.

Werking

De rotor heeft een driehoekige vorm, aan elke kant heeft hij een bolle vorm die als een zuiger fungeert. Elke kant van de rotor heeft speciale uitsparingen die meer ruimte bieden voor het brandstof-luchtmengsel, waardoor het motortoerental toeneemt. De bovenkant van de randen is voorzien van een kleine afdichtingsplaat die de uitvoering van elke slag vergemakkelijkt. Aan beide zijden is de rotor voorzien van afdichtringen die de wand van de kamers vormen. Het midden van de rotor is voorzien van tanden, met behulp waarvan het mechanisme roteert.

Het werkingsprincipe van de wankelmotor is compleet anders dan de klassieke, maar ze zijn verenigd door een enkel proces, bestaande uit 4 slagen (inlaat-compressie-werkende slag-uitlaat). De brandstof komt de eerste gevormde kamer binnen, wordt gecomprimeerd in de tweede, dan draait de rotor en wordt het gecomprimeerde mengsel ontstoken door de bougie, nadat het werkmengsel de rotor draait en naar het uitlaatspruitstuk gaat. Het belangrijkste onderscheidende principe is dat bij een roterende zuigermotor de werkkamer niet statisch is, maar wordt gevormd door de beweging van de rotor.

Устройство

Voordat u het apparaat begrijpt, moet u de belangrijkste componenten van een roterende zuigermotor kennen. De Wankelmotor bestaat uit:

• stator behuizing;
• rotor;
• een set versnellingen;
• excentrische as;
• bougies (ontsteken en naverbranding).

Een roterende motor is een interne verbrandingseenheid. Bij deze motor komen alle 4 de werkslagen volledig voor, echter is er voor elke fase een eigen kamer, die door de roterende beweging door de rotor wordt gevormd. 

Als het contact wordt aangezet, draait de starter aan het vliegwiel en start de motor. De rotor draait, via de tandwielkroon, het koppel over op de excentrische as (voor een zuigermotor is dit een nokkenas). 

Het resultaat van het werk van de wankelmotor zou de vorming van druk van het werkmengsel moeten zijn, waardoor de rotatiebewegingen van de rotor zich keer op keer moeten herhalen en koppel naar de transmissie moet worden overgebracht. 

In deze motor vervangen cilinders, zuigers, krukas met drijfstangen het gehele statorhuis door een rotor. Hierdoor wordt het volume van de motor aanzienlijk verminderd, terwijl het vermogen vele malen hoger is dan dat van een klassieke motor met een krukmechanisme, met hetzelfde volume. Dit ontwerp heeft een hoge versnellingsbak, mede door lage wrijvingsverliezen.

Overigens kan het motortoerental hoger zijn dan 7000 tpm, terwijl Mazda Wankel-motoren (voor sportwedstrijden) hoger zijn dan 10000 tpm. 

ontwerp

Een van de belangrijkste voordelen van deze unit is de compactheid en het lagere gewicht in vergelijking met klassieke motoren van gelijke grootte. Door de lay-out kunt u het zwaartepunt aanzienlijk verminderen, wat een gunstige invloed heeft op de stabiliteit en scherpte van de besturing. Kleine vliegtuigen, sportwagens en motorvoertuigen hebben dit voordeel gebruikt en gebruiken dit nog steeds. 

Verhaal

De geschiedenis van de oorsprong en verspreiding van de wankelmotor zal u toelaten beter te begrijpen waarom het de beste motor van zijn tijd was en waarom hij vandaag werd verlaten.

Vroege ontwikkelingen

In 1951 ontwikkelde het Duitse bedrijf NSU Motorenwerke twee motoren: de eerste - door Felix Wankel, onder de naam DKM, en de tweede - Hans Paschke's KKM (gebaseerd op de ontwikkeling van Wankel). 

De basis van de werking van de wankeleenheid was de afzonderlijke rotatie van het lichaam en de rotor, waardoor de bedrijfsomwentelingen 17000 per minuut bereikten. Het ongemak was dat de motor gedemonteerd moest worden om de bougies te vervangen. Maar de KKM-motor had een vaste carrosserie en het ontwerp was veel eenvoudiger dan het hoofdprototype.

Verleende licenties

In 1960 tekende NSU Motorenwerke een overeenkomst met het Amerikaanse productiebedrijf Curtiss-Wright Corporation. Het contract was dat Duitse ingenieurs zich zouden concentreren op de ontwikkeling van kleine draaizuigermotoren voor lichte voertuigen, terwijl het Amerikaanse Curtis-Wright zich bezig hield met de ontwikkeling van vliegtuigmotoren. De Duitse werktuigbouwkundige Max Bentele werd ook aangenomen als ontwerper. 

De overgrote meerderheid van wereldwijde autofabrikanten, waaronder Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda en vele anderen. In 1959 introduceerde het Amerikaanse bedrijf een verbeterde versie van de wankelmotor en een jaar later toonde de Britse Rolls Royce zijn tweetraps dieselrotatiezuigermotor.

In de tussentijd begonnen enkele Europese autofabrikanten te proberen auto's uit te rusten met nieuwe motoren, maar niet alle vonden hun toepassing: GM weigerde, Citroen was gefixeerd op het ontwikkelen van een motor met tegenzuigers voor vliegtuigen en Mercedes-Benz installeerde een draaizuigermotor in het experimentele C 111-model. 

In 1961 begon NAMI in de Sovjet-Unie samen met andere onderzoeksinstituten met de ontwikkeling van de wankelmotor. Er zijn veel opties ontworpen, een daarvan vond zijn toepassing in de VAZ-2105-auto voor de KGB. Het exacte aantal geassembleerde motoren is onbekend, maar het is niet meer dan enkele tientallen. 

Trouwens, jaren later heeft alleen het autobedrijf Mazda echt een toepassing gevonden voor een draaizuigermotor. Een sprekend voorbeeld hiervan is het model RX-8.

Motorcycle ontwikkelingen

In Groot-Brittannië heeft motorfietsfabrikant Norton Motorcycles de Sachs luchtgekoelde draaizuigermotor voor motorvoertuigen ontwikkeld. U kunt meer te weten komen over de ontwikkeling door te lezen over de Hercules W-2000-motorfiets.

Suzuki stond niet aan de kant, en bracht ook een eigen motorfiets uit. De ingenieurs werkten het ontwerp van de motor echter zorgvuldig uit, gebruikten een ferrolegering, wat de betrouwbaarheid en levensduur van de eenheid aanzienlijk verhoogde.

Ontwikkelingen voor auto's

Na een onderzoekscontract tussen Mazda en NSU te hebben ondertekend, begonnen de bedrijven te strijden om het kampioenschap bij de productie van de eerste auto met een Wankel-eenheid. Als gevolg hiervan presenteerde NSU in 1964 zijn eerste auto, de NSU Spider, in reactie daarop presenteerde Mazda een prototype van motoren met 2 en 4 rotors. Na 3 jaar bracht NSU Motorenwerke het Ro 80-model uit, maar kreeg veel negatieve recensies vanwege talloze mislukkingen tegen de achtergrond van een onvolmaakt ontwerp. Dit probleem werd pas in 1972 opgelost en het bedrijf werd na 7 jaar opgeslorpt door Audi, en de wankelmotoren waren al berucht geworden.

De Japanse fabrikant Mazda kondigde aan dat hun ingenieurs het probleem van het afdichten van de bovenkant (voor de dichtheid tussen de kamers) hadden opgelost, ze begonnen de motoren niet alleen in sportwagens te gebruiken, maar ook in commerciële voertuigen. Overigens merkten de eigenaren van Mazda-auto's met een rotatiemotor de hoge gasrespons en de elasticiteit van de motor op.

Mazda liet later de massale introductie van de geavanceerde motor achterwege en installeerde deze alleen op de RX-7 en RX-8 modellen. Voor de RX-8 is de Renesis-engine ontworpen, die op veel manieren is verbeterd, namelijk:

• verplaatste uitlaatopeningen om het afblazen te verbeteren, wat het vermogen aanzienlijk verhoogde;
• enkele keramische onderdelen toegevoegd om thermische vervorming te voorkomen;
• goed doordacht elektronisch motormanagementsysteem;
• de aanwezigheid van twee bougies (hoofdverbrander en voor naverbrander);
• een watermantel toevoegen om koolstofafzettingen bij de uitlaat te verwijderen.

Het resultaat was een compacte motor met een inhoud van 1.3 liter en een vermogen van ongeveer 231 pk.

Voordelen

De belangrijkste voordelen van een roterende zuigermotor:

1. Zijn lage gewicht en afmetingen, die rechtstreeks van invloed zijn op de basis van het voertuigontwerp. Deze factor is belangrijk bij het ontwerpen van een sportwagen met een laag zwaartepunt.
2. Minder details. Dit stelt u niet alleen in staat om de onderhoudskosten van de motor te verlagen, maar ook om vermogensverliezen voor beweging of rotatie van gerelateerde onderdelen te verminderen. Deze factor had een directe invloed op het hoge rendement.
3. Met hetzelfde volume als een klassieke zuigermotor is het vermogen van een roterende zuigermotor 2-3 keer hoger.
4. Gladheid en elasticiteit van het werk, afwezigheid van tastbare trillingen vanwege het feit dat er geen heen en weer gaande bewegingen van de hoofdeenheden zijn.
5. De motor kan worden aangedreven door benzine met een laag octaangehalte.
6. Het brede snelheidsbereik maakt het gebruik van een transmissie met kortere versnellingen mogelijk, wat buitengewoon handig is in stedelijke omstandigheden.
7. Het koppel "plank" is voorzien voor ⅔ van de cyclus, en niet voor een kwart, zoals in de Otto-motor.
8. De motorolie is praktisch niet vervuild, het verversingsinterval is vele malen groter. Hier is de olie niet onderhevig aan verbranding, zoals bij zuigermotoren, dit proces vindt plaats via de ringen.
9. Er is geen ontploffing.

Het is trouwens bewezen dat zelfs als deze motor op de rand van een hulpbron staat, veel olie verbruikt, met een lage compressie werkt, het vermogen enigszins zal afnemen. Het was deze waardigheid die me omkocht voor de installatie van een roterende zuigermotor in vliegtuigen.

Naast de indrukwekkende voordelen zijn er ook nadelen die ervoor zorgden dat de geavanceerde roterende zuigermotor de massa niet bereikte.

 Beperkingen

1. Het verbrandingsproces is niet efficiënt genoeg, waardoor het brandstofverbruik toeneemt en de toxiciteitsnormen verslechteren. Het probleem wordt gedeeltelijk opgelost door de aanwezigheid van een tweede bougie, die het werkende mengsel verbrandt.
2. Hoog olieverbruik. Het nadeel is te wijten aan het feit dat wankelmotoren te veel worden gesmeerd en dat op bepaalde plaatsen soms olie kan doorbranden. Er is een teveel aan olie in de verbrandingszones, wat resulteert in koolstofophoping. Ze probeerden dit probleem op te lossen door ‘warmtepijpen’ te installeren die de warmteoverdracht verbeteren en de olietemperatuur in de hele motor gelijk maken.
3. Moeilijkheden bij reparatie. Niet alle specialisten zijn bereid om de reparatie van een wankelmotor professioneel op zich te nemen. Structureel gezien is de eenheid niet gecompliceerder dan een klassieke motor, maar er zijn veel nuances waarvan het niet naleven zal leiden tot een vroegtijdig falen van de motor. Daarbij tellen we de hoge reparatiekosten op.
4. Weinig middelen. Voor Mazda RX-8-bezitters betekent een kilometerstand van 80 km dat het tijd is voor een grote onderhoudsbeurt. Helaas moet voor een dergelijke compactheid en hoge efficiëntie worden betaald met dure en complexe reparaties om de 000-80 duizend kilometer.

Vragen en antwoorden:

Wat is het verschil tussen een rotatiemotor en een zuigermotor? Er zijn geen zuigers in een rotatiemotor, wat betekent dat er geen heen en weer gaande bewegingen worden gebruikt om de as van de verbrandingsmotor te roteren - de rotor draait er onmiddellijk in.

Wat is een rotatiemotor in een auto? Dit is een thermische eenheid (het werkt door de verbranding van een lucht-brandstofmengsel), alleen gebruikt het een roterende rotor, waarop een as is bevestigd, die naar de versnellingsbak gaat.

Waarom is een rotatiemotor zo slecht? Het grootste nadeel van een roterende motor is een zeer kleine werkbron vanwege de snelle slijtage van de afdichtingen tussen de verbrandingskamers van de unit (de werkhoek verandert voortdurend en de constante temperatuur daalt).