Wankel dzinējs: ierīce, darbības princips

2024 Autors: Erin Ralphs | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-02-19 17:43

Iekšdedzes dzinējs ir izcils cilvēces izgudrojums. Pateicoties iekšdedzes dzinējam, tehniskais progress sāka ievērojami attīstīties. Ir vairāki šo iestatījumu veidi. Bet visslavenākie ir klaņi un virzulis un rotējošais virzulis. Pēdējo izgudroja vācu inženieris Vankels sadarbībā ar V alteru Freidu. Šim spēka agregātam ir atšķirīga ierīce un darbības princips, salīdzinot ar klasisko klaņa-virzuļu iekšdedzes dzinēju. Kāds ir Vankela dzinēja darbības princips un kāpēc šis iekšdedzes dzinējs nav kļuvis tik populārs? Mēs to visu apsvērsim mūsu šodienas rakstā.

Raksturīgs

Tātad, kas ir šis motors? Šis ir iekšdedzes dzinējs, kuru 1957. gadā izstrādāja Fēlikss Vankels. Virzuļa funkciju šajā blokā veica trīs virsotņu rotors. Tas griezās īpašas formas dobumā.

Pēc vairākiem eksperimentāliem motociklu un automašīnu modeļiem, kas radās pagājušā gadsimta 70. gados, pieprasījums pēc Wankel dzinēja ir ievērojami samazinājies. Lai gan šodien vairāki uzņēmumi joprojām strādā piešī dzinēja uzlabošana. Tātad jūs varat satikt Vankela dzinēju Mazda PX sērijā. Arī šī iekārta ir atradusi savu pielietojumu modelēšanā.

Wankel dzinēja ierīce

Šis barošanas bloks sastāv no vairākiem komponentiem:

• Koferi (statori).
• Sadegšanas kameras.
• Ieplūdes un izplūdes porti.
• Stacionārais aprīkojums.
• Zorrats.
• Rotors.
• Vala.
• Aizdedzes sveces.

Kāds ir Wankel dzinēja darbības princips? Mēs to aplūkosim tālāk.

Darba princips

Šis ICE darbojas šādi. Rotoru, kas uzmontēts uz ekscentriskās vārpstas caur gultņiem, darbina gāzes spiediena spēks, kas izveidojās gaisa un degvielas maisījuma sadegšanas rezultātā. Motora rotors attiecībā pret statoru caur zobratu pāri. Viens no tiem (liels) atrodas uz rotora iekšējās virsmas. Otrais (balsts) ir mazāks un ir cieši piestiprināts pie motora sānu vāka. Caur zobratu mijiedarbību rotors rada ekscentriskas apļveida kustības. Tādējādi tā malas saskaras ar sadegšanas kameras iekšējo virsmu.

Tā rezultātā starp motora korpusu un rotoru veidojas vairākas izolētas mainīga tilpuma kameras. To skaits vienmēr ir 3. Šajās kamerās notiek maisījuma saspiešanas process, tā sadegšana, gāzu izplešanās (kas pēc tam rada spiedienu uz rotora darba virsmu) un to noņemšana. RezultātāDegviela aizdedzies, rotors tiek darbināts, pārnesot griezes momentu uz ekscentrisko vārpstu. Pēdējais ir uzstādīts uz gultņiem un pēc tam nodod jaudu transmisijas blokiem. Un tikai tad Vankela dzinēja spēku moments nonāk riteņos pēc klasiskās shēmas - caur kardāna piedziņu un ass vārpstām uz rumbām. Tādējādi rotācijas motorā vienlaikus darbojas vairāki mehāniski pāri. Pirmais ir atbildīgs par rotora kustību un sastāv no vairākiem pārnesumiem. Otrais de pārvērš rotora kustību ekscentriskās vārpstas apgriezienos.

Statora (korpusa) un pārnesumu attiecība vienmēr ir stabila un ir 3:2. Tādējādi rotoram ir laiks pagriezties par pilnu vārpstas apgriezienu par 120 grādiem. Savukārt pilnam rotora apgriezienam tiek veikts iekšdedzes dzinēja četrtaktu darbības cikls katrā no trim skaldņu veidotajām kamerām.

Priekšrocības

Kādas ir šī iekšdedzes dzinēja priekšrocības? Wankel rotācijas virzuļdzinējam ir vienkāršāka konstrukcija nekā virzuļa stieņa dzinējam. Tātad detaļu skaits tajā ir par 40 procentiem mazāks nekā virzuļa četrtaktu iekšdedzes dzinējā. Bet tomēr nav iespējams izveidot Wankel dzinēju ar savām rokām bez sarežģīta aprīkojuma. Galu galā rotoram ir ļoti sarežģīta forma. Tie, kas ar savām rokām mēģinājuši izgatavot paštaisītu Vankela dzinēju, ir piedzīvojuši daudzas neveiksmes.

Bet turpināsim ar priekšrocībām. Rotācijas bloka konstrukcijā nav kloķvārpstas, gāzes sadales mehānisma. Tāpat nav klaņi unvirzuļi. Degmaisījums iekļūst kamerā caur ieplūdes logu, ko atver rotora mala. Un izplūdes gāzes darba cikla beigās tiek atbrīvotas no ķermeņa caur izplūdes atveri. Atkal, vārsta lomu šeit veic pati rotora mala. Arī konstrukcijā nav sadales vārpstas (no kurām vairākas tagad tiek izmantotas savienojošo stieņu blokos). Wankel rotācijas virzuļdzinējs pēc gāzes sadales mehānisma darbības principa ir līdzīgs divtaktu motoram.

Atsevišķi ir vērts pieminēt eļļošanas sistēmu. Faktiski tā nav Wankel rotējošajā dzinējā. Bet kā tad darbojas berzes pāri? Tas ir vienkārši: eļļu pievieno pašam degošajam maisījumam (kā primitīvos motociklu dzinējos). Tādējādi berzes detaļu eļļošanu veic pats gaisa un degvielas maisījums. Konstrukcijā trūkst visiem pazīstamā eļļas sūkņa, kas ņem smērvielu no tvertnes un izsmidzina to zem īpaša spiediena.

Vēl viena Wankel dzinēja priekšrocība ir tā vieglais svars un izmērs. Tā kā šeit iztrūkst gandrīz puse no detaļām, kas virzuļdzinējos ir obligātas, tad rotējošais bloks ir kompaktāks un var ietilpt jebkurā dzinēja nodalījumā. kompaktie izmēri ļauj racionālāk izmantot motortelpas telpu, kā arī nodrošina vienmērīgāku slodzi uz priekšējo un aizmugurējo asi (galu galā automašīnās ar parastajiem dzinējiem vairāk nekā 70 procenti no slodzes krīt uz priekšu daļa). Un zemā svara dēļ tiek sasniegta augsta stabilitāte. Jā, dzinējam irminimālais vibrācijas līmenis, kas pozitīvi ietekmē mašīnas komfortu.

Nākamais šīs ierīces pluss ir lielā īpatnējā jauda, kas tiek sasniegta pie lieliem vārpstas apgriezieniem. Šī funkcija ļauj sasniegt labus tehniskos parametrus. Tāpēc Mazda sporta automašīnās tiek izmantots Wankel dzinējs. Motors viegli griežas līdz septiņiem vai vairāk tūkstošiem apgriezienu. Tajā pašā laikā tas nodrošina daudz lielāku griezes momentu un jaudu pie neliela apjoma. Tas viss pozitīvi ietekmē automašīnas paātrinājuma dinamiku. Piemēram, jūs varat ņemt automašīnu "Mazda RX-8". Ar 1,3 litru tilpumu motors ražo 210 zirgspēkus.

Dizaina trūkumi

Ņemot vērā Wankel rotējošā dzinēja ierīci un darbības principu, ir vērts atzīmēt galveno dizaina trūkumu. Šī ir zemā spraugas blīvējuma efektivitāte starp sadegšanas kameru un rotoru. Pēdējam ir diezgan sarežģīta forma, kas prasa drošu blīvējumu ne tikai gar malām (kuras kopā ir četras), bet arī gar sānu virsmu (kas saskaras ar motora pārsegu). Tajā pašā laikā tie ir izgatavoti tērauda atsperu sloksņu veidā ar īpaši precīzu apstrādi gan no galiem, gan no darba virsmām. Visas konstrukcijā iekļautās izplešanās pielaides apkures laikā pasliktina šīs īpašības. Šī iemesla dēļ nav iespējams izvairīties no gāzu izplūdes blīvējuma plākšņu gala vietās. Virzuļdzinējos tiek izmantots labirinta efekts. Tātad dizainā izmantoti trīs blīvgredzeni ar atstarpēm dažādos virzienos.

Bet ir vērts atzīmēt, ka pēdējos gados ir pieaugusi plombu kvalitāte. Dizaineri ir uzlabojuši Wankel dzinēju, izmantojot jaunus materiālus blīvēm. Tomēr gāzes izrāviens tiek uzskatīts par vājāko punktu rotācijas iekšdedzes dzinējā.

Eļļas patēriņš

Kā jau teicām iepriekš, šim dzinējam nav eļļošanas sistēmas kā tādas. Sakarā ar to, ka eļļa nonāk kopā ar degošo maisījumu, tās patēriņš ievērojami palielinās. Un, ja klaņa dzinējiem dabiskais smērvielas zudums ir izslēgts vai nav lielāks par 100 gramiem uz 1 tūkstoti kilometru, tad rotācijas dzinējiem šis parametrs svārstās no 0,4 līdz 1 litram uz tūkstoš kilometriem. Tas ir tāpēc, ka sarežģītajai blīvēšanas sistēmai ir nepieciešama efektīvāka virsmu eļļošana. Tāpat lielā eļļas patēriņa dēļ šie motori nevar atbilst mūsdienu vides standartiem. Automobiļu ar Vankela dzinēju izplūdes gāzes satur daudzas ķermenim un videi bīstamas vielas.

Turklāt rotējošais dzinējs varēja darboties tikai ar augstas kvalitātes un dārgām eļļām. Tas ir saistīts ar vairākiem faktoriem:

• Tendence saskarties ar motora kameras un rotora daļām uz lielu nodilumu.
• Berzes pāru tendence pārkarst.

Citas problēmas

Neregulāras eļļas maiņas draudēja samazināt iekšdedzes dzinēja kalpošanas laiku, jo vecās smērvielas daļiņas darbojās kā abrazīvs līdzeklis, palielinot spraugas un izplūdes gāzu izplūdes iespējamību kamerā. Pārkarsējot, šī iekārta ieķīlējas. Un, braucot aukstā laikā,iespējams, ka dzesēšana ir bijusi pārmērīga.

Pašai RPD darba temperatūrai ir augstāka nekā jebkuram virzuļdzinējam. Sadegšanas kamera tiek uzskatīta par visvairāk noslogoto. tam ir mazs tilpums. Un paplašinātās formas dēļ kamera ir pakļauta detonācijai. Papildus eļļai Wankel dzinējs prasa arī sveču kvalitāti. Tie tiek uzstādīti pa pāriem un mainīti stingri saskaņā ar tehniskajiem noteikumiem. Starp citiem punktiem ir vērts atzīmēt rotācijas motora nepietiekamo elastību. Tātad šie iekšdedzes dzinēji var radīt izcilus ātruma un jaudas raksturlielumus tikai pie lieliem rotora apgriezieniem - no 6 līdz 10 vai vairāk tūkstošiem minūtē. Šī funkcija liek dizaineriem uzlabot pārnesumkārbu dizainu, padarot tās vairākpakāpju.

Vēl viens trūkums ir liels degvielas patēriņš. Piemēram, ja ņem 1,3 litru Mazda RX-8 rotācijas virzuļdzinēju, pēc pases datiem tas patērē no 14 līdz 18 litriem degvielas. Turklāt ieteicams izmantot tikai benzīnu ar augstu oktānskaitli.

Par RPD piemērošanu automobiļu rūpniecībā

Šis dzinējs bija vispopulārākais pagājušā gadsimta 60. gadu beigās un 70. gadu sākumā. Wankel RPD patentu ir ieguvuši 11 vadošie autoražotāji. Tātad 67. gadā NSU izstrādāja pirmo biznesa klases automašīnu ar rotācijas dzinēju, ko sauca par NSU RO 80. Šis modelis tika masveidā ražots 10 gadus. Kopumā tika izdoti vairāk nekā 37 tūkstoši eksemplāru. Automašīna bija populāra, taču rotācijas dzinēja nepilnības galu galā sabojāja šīs automašīnas reputāciju. Uz citu fonaNSU modeļiem NSU RO 80 sedans bija visneuzticamākais. Nobraukums pirms kapitālā remonta bija tikai 50 tūkstoši ar deklarētajiem 100.

Ar rotācijas dzinējiem eksperimentēja arī koncerns Peugeot-Citroen, kompānija Mazda un rūpnīca VAZ (par šo gadījumu runāsim atsevišķi tālāk). Lielākos panākumus japāņi guva, 63. gadā izlaižot vieglo automašīnu ar rotācijas dzinēju. Šobrīd japāņi joprojām aprīko RPD savus RX sērijas sporta auto. Līdz šai dienai viņi ir brīvi no daudzām "bērnu slimībām", kas bija raksturīgas tā laika RAP.

Wankel RPD un motociklu nozare

Pagājušā gadsimta 70. un 80. gados daži motociklu ražotāji eksperimentēja ar rotējošiem dzinējiem. Tie ir Hercules un Suzuki. Tagad rotējošo motociklu masveida ražošana ir izveidota tikai Nortonā. Šis zīmols ražo NRV588 sporta velosipēdus, kas aprīkoti ar divu rotoru dzinējiem ar kopējo tilpumu 588 kubikcentimetri. Norton velosipēda jauda ir 170 zirgspēki. ar 130 kilogramu pašmasu šim motociklam ir izcili dinamiskie rādītāji. Turklāt šie RPD ir aprīkoti ar elektronisku degvielas iesmidzināšanas sistēmu un mainīgu ieplūdes traktu.

Interesanti fakti

Šos spēka agregātus plaši izmanto gaisa kuģu modelētāji. Tā kā modeļa iekšdedzes dzinējam nav prasību efektivitātei un uzticamībai, šādu motoru ražošana izrādījās lēta. Šādos iekšdedzes dzinējos vispār nav rotoru blīvējumu vai arī tiem ir visprimitīvākā konstrukcija. Galvenā šī priekšrocībalidmašīnas modeļa vienība ir tāda, ka to ir viegli uzstādīt lidojošā mēroga modelī. ICE ir viegls un kompakts.

Vēl viens fakts: Fēlikss Vankels, saņēmis RPD patentu 1936. gadā, kļuva par ne tikai rotācijas dzinēju, bet arī kompresoru, kā arī sūkņu izgudrotāju, kas darbojās pēc šīs pašas shēmas. Šādas vienības var atrast remontdarbnīcās un ražošanā. Starp citu, pārnēsājamie elektriskie riepu piepūšanas sūkņi ir izstrādāti tieši pēc šī principa.

RPD un VAZ automašīnas

Padomju laikos viņi nodarbojās arī ar rotējošā virzuļdzinēja izveidi un tā uzstādīšanu pašmāju VAZ automašīnām. Tātad pirmais RPD PSRS bija VAZ-311 dzinējs ar 70 zirgspēku jaudu. Tas tika izveidots, pamatojoties uz japāņu bloku 13V. Bet, tā kā motora izveide tika veikta saskaņā ar nereāliem plāniem, iekārta pēc masveida ražošanas izrādījās neuzticama. Pirmā automašīna ar šo dzinēju bija VAZ-21018.

Bet stāsts par Wankel dzinēja uzstādīšanu VAZ nebeidzas. Otrais pēc kārtas bija spēka agregāts VAZ-415, kas 80. gados tika izmantots nelielās partijās G8. Šim spēka agregātam bija labāki tehniskie parametri. Jauda ar 1308 kubikcentimetru tilpumu palielinājās līdz 150 zirgspēkiem. Pateicoties tam, padomju VAZ-2108 ar rotējošo dzinēju paātrinājās līdz simtiem 9 sekundēs. Un maksimālais ātrums bija ierobežots līdz 190 kilometriem stundā. Bet šis dzinējs nebija bez trūkumiem. Jo īpaši tas ir neliels resurss. Viņš knapi sasniedza 80 tūkstošuskilometri. Arī starp mīnusiem ir vērts atzīmēt šādas automašīnas izveides augstās izmaksas. Eļļas patēriņš bija 700 grami uz katriem tūkstoš kilometriem. Degvielas patēriņš ir aptuveni 20 litri uz simtu. Tāpēc rotācijas bloks tika izmantots tikai speciālo dienestu transportlīdzekļos, nelielās partijās.

Secinājums

Tāpēc mēs sapratām, kas ir Wankel dzinējs. Šis rotējošais bloks tagad sērijveidā tiek izmantots tikai Mazda automašīnām un tikai vienam modelim. Neskatoties uz daudzajiem uzlabojumiem un japāņu inženieru mēģinājumiem uzlabot RPD dizainu, tam joprojām ir diezgan mazs resurss un to raksturo augsts eļļas patēriņš. Tāpat jaunās 1,3 litru Mazdas neatšķiras ar degvielas ekonomiju. Visi šie rotācijas motora trūkumi padara to nepraktisku un nepietiekami izmantotu automobiļu rūpniecībā.