Wankel motor - naprava in princip delovanja avtomobila RPD

Skozi zgodovino avtomobilske industrije je prišlo do številnih naprednih rešitev, spremenili so se modeli komponent in sklopov. Pred več kot 30 leti so začeli aktivni poskusi premikanja batnega motorja vstran, kar je dalo prednost rotacijsko batnemu motorju Wankel. Vendar pa zaradi številnih okoliščin rotacijski motorji niso prejeli svoje pravice do življenja. O vsem tem preberite spodaj.

Princip delovanja

Rotor ima trikotno obliko, na vsaki strani ima konveksno obliko, ki deluje kot bat. Vsaka stran rotorja ima posebne vdolbine, ki zagotavljajo več prostora za mešanico goriva in zraka, s čimer se poveča delovna hitrost motorja. Zgornji del robov je opremljen z majhno tesnilno pregrado, ki olajša izvedbo vsakega utripa. Rotor je na obeh straneh opremljen s tesnilnimi obroči, ki tvorijo steno komor. Sredina rotorja je opremljena z zobmi, s pomočjo katerih se mehanizem vrti.

Načelo delovanja motorja Wankel se popolnoma razlikuje od klasičnega, združuje pa jih en sam postopek, ki je sestavljen iz 4 taktov (vhod-kompresija-delovni hod-izpuh). Gorivo vstopi v prvo oblikovano komoro, v drugi se stisne, nato se rotor vrti in stisnjeno mešanico vžge svečka, potem ko delovna mešanica zavrti rotor in izstopi v izpušni kolektor. Glavno razlikovalno načelo je, da v rotacijskem batnem motorju delovna komora ni statična, ampak jo tvori gibanje rotorja.

Naprava

Preden razumete napravo, morate poznati glavne sestavne dele rotacijsko batnega motorja. Motor Wankel sestavljajo:

• ohišje statorja;
• rotor;
• komplet zobnikov;
• ekscentrična gred;
• vžigalne svečke (vžig in dogorevanje).

Rotacijski motor je enota z notranjim zgorevanjem. V tem motorju se v celoti pojavijo vsi 4 gibi dela, vendar pa ima za vsako fazo svojo komoro, ki jo z vrtljivim gibanjem tvori rotor. 

Ko je vžig vklopljen, zaganjalnik obrne vztrajnik in motor se zažene. Vrteč se rotor skozi krono zobnika prenaša navor na ekscentrično gred (za batni motor je to odmična gred). 

Rezultat dela Wankelovega motorja bi moral biti oblikovanje tlaka delovne mešanice, ki bi prisilil vrtenje gibanja rotorja, da se znova in znova ponavlja in prenos navora na prenos. 

V tem motorju valji, bati, ročična gred z ojnicami zamenjajo celotno ohišje statorja z rotorjem. Zahvaljujoč temu se prostornina motorja znatno zmanjša, moč pa je večkrat večja kot pri klasičnem motorju z ročicnim mehanizmom z enako prostornino. Ta zasnova ima visok menjalnik tudi zaradi majhnih izgub zaradi trenja.

Mimogrede, delovna hitrost motorja lahko preseže 7000 vrt / min, medtem ko motorji Mazda Wankel (za športna tekmovanja) presegajo 10000 vrtljajev na minuto. 

Oblikovanje

Ena glavnih prednosti tega agregata je njegova kompaktnost in manjša teža v primerjavi s klasičnimi enako velikimi motorji. Postavitev vam omogoča znatno zmanjšanje težišča, kar ugodno vpliva na stabilnost in ostrino nadzora. Majhna letala, športni avtomobili in motorna vozila so uporabljali in še uporabljajo to prednost. 

Zgodba

Zgodovina nastanka in širjenja Wankelovega motorja vam bo omogočila, da boste bolje razumeli, zakaj je bil najboljši motor v svojem času in zakaj je bil danes opuščen.

Zgodnji razvoj

Leta 1951 je nemško podjetje NSU Motorenwerke razvilo dva motorja: prvega - Felix Wankel, pod imenom DKM, in drugega - KKM Hansa Paschkeja (ki temelji na razvoju Wankela). 

Osnova delovanja enote Wankel je bila ločeno vrtenje telesa in rotorja, zaradi česar so obratovalni vrtljaji dosegli 17000 na minuto. Neprijetnosti so bile, da je moral biti motor razstavljen, da je zamenjal svečke. Toda motor KKM je imel fiksno ohišje in njegova zasnova je bila veliko enostavnejša od glavnega prototipa.

Izdane licence

Leta 1960 je NSU Motorenwerke podpisal sporazum z ameriško proizvodno družbo Curtiss-Wright Corporation. Pogodba je bila namenjena nemškim inženirjem, da se osredotočijo na razvoj majhnih rotacijskih batnih motorjev za lahka vozila, medtem ko se je Američan Curtis-Wright ukvarjal z razvojem letalskih motorjev. Za oblikovalca je bil najet tudi nemški inženir strojništva Max Bentele. 

Velika večina svetovnih proizvajalcev avtomobilov, med njimi Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda in mnogi drugi. Leta 1959 je ameriško podjetje predstavilo izboljšano različico motorja Wankel, leto kasneje pa je britanski Rolls Royce pokazal svoj dvostopenjski dizelski rotacijski batni motor.

Vmes so nekateri evropski avtomobilski proizvajalci začeli poskušati opremiti avtomobile z novimi motorji, vendar niso vsi našli svoje uporabe: GM je to zavrnil, Citroen je bil odločen, da razvije motor z nasprotnimi bati za letala, Mercedes-Benz pa je namestil rotacijski batni motor. v eksperimentalnem modelu C 111. 

Leta 1961 je NAMI v Sovjetski zvezi skupaj z drugimi raziskovalnimi inštituti začel z razvojem motorja Wankel. Oblikovanih je bilo veliko možnosti, ena od njih je našla svojo uporabo v avtomobilu VAZ-2105 za KGB. Natančno število sestavljenih motorjev ni znano, vendar ne presega več deset. 

Mimogrede, leta kasneje je le avtomobilsko podjetje Mazda resnično našlo uporabo za rotacijski batni motor. Osupljiv primer tega je model RX-8.

Razvoj motornih koles

V Veliki Britaniji je proizvajalec motociklov Norton Motorcycles razvil zračno hlajeni rotacijski batni motor Sachs za motorna vozila. Več o razvoju lahko izveste, če preberete o motociklu Hercules W-2000.

Suzuki ni stal ob strani in izdal tudi svoje motorno kolo. Vendar so inženirji skrbno izdelali zasnovo motorja, uporabili feroleguro, kar je znatno povečalo zanesljivost in življenjsko dobo enote.

Razvoj avtomobilov

Družbi sta po podpisu raziskovalne pogodbe med Mazdo in NSU začeli tekmovati za prvenstvo v proizvodnji prvega avtomobila z enoto Wankel. Posledično je leta 1964 NSU predstavila svoj prvi avto, NSU Spider, v odgovoru je Mazda predstavila prototip 2 in 4-rotornih motorjev. Po treh letih je NSU Motorenwerke izdala model Ro 3, vendar je zaradi številnih napak zaradi nepopolnega oblikovanja prejela veliko negativnih ocen. Ta problem je bil rešen šele leta 80 in podjetje je po sedmih letih prevzel Audi, motorji Wankel pa so že postali razvpiti.

Japonski proizvajalec Mazda je sporočil, da so njihovi inženirji rešili problem tesnjenja vrha (zaradi tesnosti med komorami), motorje pa so začeli uporabljati ne le v športnih avtomobilih, temveč tudi v gospodarskih vozilih. Mimogrede, lastniki avtomobilov Mazda z rotacijskim motorjem so opazili velik odziv plina in elastičnost motorja.

Mazda je pozneje opustila množično predstavitev naprednega motorja in ga namestila le na modele RX-7 in RX-8. Za RX-8 je bil zasnovan motor Renesis, ki je bil izboljšan v mnogih pogledih, in sicer:

• premaknjeni izpušni odprtini za izboljšanje izpihovanja, kar je znatno povečalo moč;
• dodal nekaj keramičnih delov za preprečevanje toplotnega izkrivljanja;
• dobro premišljen elektronski sistem upravljanja motorja;
• prisotnost dveh svečk (glavna in za dogorevanje);
• dodajanje vodne jakne za odpravo kopičenja ogljika na izhodu.

Kot rezultat je bil pridobljen kompaktni motor s prostornino 1.3 litra in močjo približno 231 KM.

Prednosti

Glavne prednosti rotacijsko batnega motorja:

1. Njegova majhna teža in mere, ki neposredno vplivajo na osnovo avtomobila. Ta dejavnik je pomemben pri oblikovanju športnega avtomobila z nizkim težiščem.
2. Manj podrobnosti. To ne samo, da lahko zmanjšate stroške vzdrževanja motorja, temveč tudi zmanjšate izgube moči pri gibanju ali vrtenju povezanih delov. Ta dejavnik je neposredno vplival na visoko učinkovitost.
3. Z enako prostornino kot klasični batni motor je moč rotacijsko batnega motorja 2-3 krat večja.
4. Gladkost in elastičnost dela, odsotnost oprijemljivih vibracij zaradi dejstva, da ni gibljivih gibanj glavnih enot.
5. Motor lahko poganja bencin z nizkim oktanom.
6. Širok razpon delovnih hitrosti omogoča uporabo menjalnika s krajšimi prestavami, kar je izjemno primerno za urbane razmere.
7. "Polica" navora je predvidena za ⅔ cikla in ne za četrtino, kot je to pri motorju Otto.
8. Motorno olje praktično ni onesnaženo, interval praznjenja je večkrat širši. Tukaj olje ni podvrženo zgorevanju, tako kot pri batnih motorjih se ta postopek odvija skozi obroče.
9. Detonacije ni.

Mimogrede, dokazano je, da tudi če je ta motor na robu vira, porabi veliko olja in deluje z nizko kompresijo, se bo njegova moč nekoliko zmanjšala. Ta prednost me je podkupila pri namestitvi rotacijsko batnega motorja na letalo.

Poleg impresivnih prednosti obstajajo tudi pomanjkljivosti, ki naprednemu rotacijsko batnemu motorju preprečujejo doseganje množic.

 Omejitve

1. Proces zgorevanja ni dovolj učinkovit, zaradi česar se poraba goriva poveča in standardi toksičnosti poslabšajo. Težavo delno reši prisotnost druge svečke, ki izgori delovno mešanico.
2. Velika poraba olja. Pomanjkljivost je posledica dejstva, da so motorji Wankel pretirano mazani, včasih pa lahko olje izgori. V zgorevalnih območjih je presežek olja, kar povzroči kopičenje ogljika. S to težavo so se poskušali spoprijeti z namestitvijo "toplotnih" cevi, ki izboljšajo prenos toplote in izenačijo temperaturo olja v celotnem motorju.
3. Težave pri popravilu. Niso vsi strokovnjaki pripravljeni strokovno prevzeti popravila motorja Wankel. Strukturno enota ni bolj zapletena od klasičnega motorja, vendar obstaja veliko odtenkov, katerih neupoštevanje bo privedlo do zgodnje okvare motorja. K temu prištejemo visoke stroške popravil.
4. Majhen vir. Za lastnike Mazde RX-8 kilometrina 80 km pomeni, da je čas za temeljito prenovo. Na žalost je tako kompaktnost in visoko učinkovitost treba plačati z dragimi in zapletenimi popravili na vsakih 000-80 tisoč kilometrov.

Vprašanja in odgovori:

Kakšna je razlika med rotacijskim in batnim motorjem? V rotacijskem motorju ni batov, kar pomeni, da se povratni gibi ne uporabljajo za vrtenje gredi motorja z notranjim zgorevanjem - rotor se v njej takoj zavrti.

Kaj je rotacijski motor v avtomobilu? To je termična enota (deluje zaradi zgorevanja mešanice zraka in goriva), le da uporablja vrteči se rotor, na katerega je pritrjena gred, ki gre v menjalnik.

Zakaj je rotacijski motor tako slab? Glavna pomanjkljivost rotacijskega motorja je zelo majhen delovni vir zaradi hitre obrabe tesnil med zgorevalnimi komorami enote (delovni kot se nenehno spreminja in konstantna temperatura pade).