Motor Wankel - o dispositivo e o princípio de operação do carro RPD

Ao longo da história da indústria automotiva, houve muitas soluções avançadas, os projetos de componentes e conjuntos mudaram. Mais de 30 anos atrás, tentativas ativas começaram a mudar o motor de pistão para o lado, dando vantagem ao motor de pistão rotativo Wankel. Porém, devido a muitas circunstâncias, os motores rotativos não receberam seu direito à vida. Leia sobre tudo isso abaixo.

Como funciona

O rotor tem uma forma triangular, em cada lado tem uma forma convexa que funciona como um pistão. Cada lado do rotor possui recessos especiais que fornecem mais espaço para a mistura ar-combustível, aumentando assim a velocidade de operação do motor. O topo das bordas é equipado com um pequeno defletor de vedação que facilita a execução de cada batida. Em ambos os lados o rotor é equipado com anéis de vedação que formam a parede das câmaras. O meio do rotor está equipado com dentes, com a ajuda dos quais o mecanismo gira.

O princípio de funcionamento do motor Wankel é completamente diferente do clássico, porém, eles são unidos por um único processo que consiste em 4 tempos (admissão-compressão-trabalho-escapamento). O combustível entra na primeira câmara formada, é comprimido na segunda, então o rotor gira e a mistura comprimida é inflamada pela vela de ignição, após a mistura de trabalho girar o rotor e sair para o coletor de exaustão. O principal princípio distintivo é que em um motor de pistão rotativo, a câmara de trabalho não é estática, mas é formada pelo movimento do rotor.

O dispositivo

Antes de entender o dispositivo, você deve conhecer os principais componentes de um motor de pistão rotativo. O motor Wankel consiste em:

• carcaça do estator;
• rotor;
• um conjunto de engrenagens;
• eixo excêntrico;
• velas de ignição (ignição e pós-combustão).

Um motor rotativo é uma unidade de combustão interna. Neste motor, todos os 4 tempos de trabalho ocorrem na íntegra, porém, para cada fase existe sua própria câmara, que é formada pelo rotor por movimento giratório. 

Quando a ignição é ligada, o motor de partida gira o volante e o motor dá partida. Girando, o rotor, através da coroa da engrenagem, transmite torque ao eixo excêntrico (para um motor a pistão, este é um eixo de comando). 

O resultado do trabalho do motor Wankel deve ser a formação de pressão da mistura de trabalho, fazendo com que os movimentos rotacionais do rotor se repitam continuamente, transmitindo torque à transmissão. 

Neste motor, cilindros, pistões, virabrequim com bielas substituem toda a carcaça do estator por um rotor. Graças a isso, o volume do motor é reduzido significativamente, enquanto a potência é muitas vezes maior do que a de um motor clássico com mecanismo de manivela, com o mesmo volume. Este projeto tem uma caixa de engrenagens alta também devido às baixas perdas por atrito.

A propósito, a velocidade de operação do motor pode exceder 7000 rpm, enquanto os motores Mazda Wankel (para competições esportivas) excederem 10000 rpm. 

Projeto

Uma das principais vantagens desta unidade é a sua compacidade e peso mais leve em comparação com os motores clássicos de igual tamanho. O layout permite reduzir significativamente o centro de gravidade e isso afeta favoravelmente a estabilidade e a nitidez do controle. Aeronaves pequenas, carros esportivos e veículos motorizados usaram e ainda usam essa vantagem. 

história

A história da origem e difusão do motor Wankel permitirá que você entenda melhor por que ele foi o melhor motor em sua época e por que foi abandonado hoje.

Desenvolvimentos iniciais

Em 1951, a empresa alemã NSU Motorenwerke desenvolveu dois motores: o primeiro - de Felix Wankel, sob o nome DKM, e o segundo - KKM de Hans Paschke (baseado no desenvolvimento de Wankel). 

A base da operação da unidade Wankel era a rotação separada do corpo e do rotor, devido ao qual as rotações de operação atingiam 17000 por minuto. O inconveniente foi que o motor teve que ser desmontado para substituir as velas. Mas o motor KKM tinha uma carroceria fixa e seu design era muito mais simples do que o protótipo principal.

Licenças emitidas

Em 1960, a NSU Motorenwerke assinou um acordo com a empresa americana Curtiss-Wright Corporation. O contrato era para engenheiros alemães se concentrarem no desenvolvimento de pequenos motores de pistão rotativo para veículos leves, enquanto o americano Curtis-Wright se dedicava ao desenvolvimento de motores de aeronaves. O engenheiro mecânico alemão Max Bentele também foi contratado como designer. 

A grande maioria dos fabricantes de automóveis globais, incluindo Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda e muitos outros. Em 1959, a empresa americana apresentou uma versão melhorada do motor Wankel e, um ano depois, o britânico Rolls Royce apresentou seu motor de pistão rotativo a diesel de dois estágios.

Nesse ínterim, algumas montadoras europeias começaram a tentar equipar os carros com novos motores, mas nem todas encontraram sua aplicação: a GM recusou, a Citroen fixou-se em desenvolver um motor com contra-pistão para aeronaves e a Mercedes-Benz instalou um motor de pistão rotativo no modelo experimental C 111. 

Em 1961, na União Soviética, o NAMI, junto com outros institutos de pesquisa, iniciou o desenvolvimento do motor Wankel. Muitas opções foram projetadas, uma delas encontrou sua aplicação no carro VAZ-2105 para a KGB. O número exato de motores montados é desconhecido, mas não excede várias dezenas. 

A propósito, anos depois, apenas a empresa automotiva Mazda realmente encontrou um uso para um motor de pistão rotativo. Um exemplo notável disso é o modelo RX-8.

Desenvolvimentos de motocicletas

Na Grã-Bretanha, o fabricante de motocicletas Norton Motorcycles desenvolveu o motor de pistão rotativo refrigerado a ar Sachs para veículos motorizados. Você pode aprender mais sobre o desenvolvimento lendo sobre a motocicleta Hercules W-2000.

A Suzuki não se afastou e também lançou sua própria motocicleta. No entanto, os engenheiros elaboraram cuidadosamente o projeto do motor, usando uma liga de ferro, o que aumentou significativamente a confiabilidade e a vida útil da unidade.

Desenvolvimentos para carros

Tendo assinado um contrato de pesquisa entre a Mazda e a NSU, as empresas passaram a disputar o campeonato na produção do primeiro carro com unidade Wankel. Como resultado, em 1964, a NSU apresentou seu primeiro carro, o NSU Spider, em resposta, a Mazda apresentou um protótipo de motores de 2 e 4 rotores. Após 3 anos, a NSU Motorenwerke lançou o modelo Ro 80, mas recebeu muitas críticas negativas devido a inúmeras falhas no contexto de um design imperfeito. Este problema não foi resolvido até 1972 e a empresa após 7 anos foi absorvida pela Audi, e os motores Wankel já tinham ganhado uma má fama.

A montadora japonesa Mazda anunciou que seus engenheiros resolveram o problema de vedação da parte superior (para estanqueidade entre as câmaras), passaram a usar os motores não só em carros esportivos, mas também em veículos comerciais. A propósito, os proprietários de carros Mazda com motor rotativo notaram a alta resposta do acelerador e a elasticidade do motor.

Mais tarde, a Mazda abandonou a introdução massiva do motor avançado, instalando-o apenas nos modelos RX-7 e RX-8. Para o RX-8, foi projetado o motor Renesis, que foi aprimorado de várias maneiras, a saber:

• ventilações de exaustão deslocadas para melhorar a purga, o que aumentou significativamente a potência;
• adicionado algumas peças de cerâmica para evitar distorção térmica;
• sistema de gerenciamento eletrônico do motor bem elaborado;
• a presença de duas velas de ignição (principal e de pós-combustão);
• adicionar uma camisa de água para eliminar o acúmulo de carbono na saída.

Como resultado, foi obtido um motor compacto com um volume de 1.3 litros e uma potência de cerca de 231 CV.

Vantagens

As principais vantagens de um motor de pistão rotativo:

1. Seu baixo peso e dimensões, que afetam diretamente a base do design do carro. Esse fator é importante ao projetar um carro esportivo com um centro de gravidade baixo.
2. Menos detalhes. Isso não apenas permite que você reduza o custo de manutenção do motor, mas também reduz as perdas de energia para movimentação ou rotação de peças relacionadas. Este fator influenciou diretamente na alta eficiência.
3. Com o mesmo volume de um motor de pistão clássico, a potência de um motor de pistão rotativo é 2 a 3 vezes maior.
4. Suavidade e elasticidade de trabalho, ausência de vibrações tangíveis devido ao facto de não existirem movimentos recíprocos das unidades principais.
5. O motor pode ser movido a gasolina de baixa octanagem.
6. A ampla faixa de velocidade de operação permite o uso da transmissão com marchas mais curtas, o que é extremamente conveniente para condições urbanas.
7. A “prateleira” de torque é fornecida para ⅔ do ciclo, e não para um quarto, como no motor Otto.
8. O óleo do motor praticamente não está contaminado, o intervalo de troca é muitas vezes maior. Aqui, o óleo não sofre combustão, como nos motores de pistão, esse processo ocorre através dos anéis.
9. Não há detonação.

Aliás, está provado que mesmo que este motor esteja à beira de um recurso, consuma muito óleo, opere em baixa compressão, sua potência vai diminuir um pouco. Foi essa vantagem que me subornou para a instalação de um motor de pistão rotativo na aeronave.

Junto com vantagens impressionantes, também existem desvantagens que impediram o avançado motor de pistão rotativo de alcançar as massas.

 Contras:

1. O processo de combustão não é suficientemente eficiente, devido ao qual o consumo de combustível aumenta e os padrões de toxicidade se deterioram. O problema é parcialmente resolvido pela presença de uma segunda vela de ignição que queima a mistura de trabalho.
2. Alto consumo de óleo. A desvantagem deve-se ao fato de os motores Wankel serem excessivamente lubrificados e, em certos locais, às vezes, o óleo pode queimar. Existe um excesso de óleo nas zonas de combustão, resultando no acúmulo de carbono. Eles tentaram lidar com esse problema instalando tubos de "calor" que melhoram a transferência de calor e igualam a temperatura do óleo em todo o motor.
3. Dificuldade de reparo. Nem todos os especialistas estão prontos para assumir profissionalmente o conserto de um motor Wankel. Estruturalmente, a unidade não é mais complicada do que um motor clássico, mas há muitas nuances, a não observância das quais levará a uma falha prematura do motor. A isso acrescentamos o alto custo dos reparos.
4. Poucos recursos. Para proprietários de Mazda RX-8, uma quilometragem de 80 km significa que é hora de fazer uma grande revisão. Infelizmente, tal compactação e alta eficiência devem ser pagas com reparos caros e complexos a cada 000-80 mil quilômetros.

Perguntas e Respostas:

Qual é a diferença entre um motor rotativo e um motor a pistão? Não há pistões em um motor rotativo, o que significa que movimentos alternativos não são usados ​​para girar o eixo do motor de combustão interna - o rotor gira imediatamente nele.

O que é um motor rotativo em um carro? Trata-se de uma unidade térmica (funciona a partir da combustão de uma mistura ar-combustível), só que utiliza um rotor giratório, no qual é fixado o eixo, que vai até a caixa de engrenagens.

Por que um motor rotativo é tão ruim? A principal desvantagem de um motor rotativo é um recurso de trabalho muito pequeno devido ao rápido desgaste das vedações entre as câmaras de combustão da unidade (o ângulo de operação muda constantemente e a temperatura cai constantemente).