Wankeli mootor: seade, tööpõhimõte

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-02-19 14:39

Sisepõlemismootor on inimkonna geniaalne leiutis. Tänu sisepõlemismootorile hakkas tehniline areng märkimisväärselt arenema. Neid seadeid on mitut tüüpi. Kuid kõige kuulsamad on keps ja kolb ja pöördkolb. Viimase leiutas Saksa insener Wankel koostöös W alter Freude’iga. Sellel jõuallikal on klassikalise ühendusvarras-kolb-sisepõlemismootoriga võrreldes erinev seade ja tööpõhimõte. Mis on Wankeli mootori tööpõhimõte ja miks pole see sisepõlemismootor nii populaarseks saanud? Vaatleme seda kõike oma tänases artiklis.

Iseloomulik

Mis mootor see on? See on sisepõlemismootor, mille töötas välja Felix Wankel 1957. aastal. Kolvi funktsiooni selles seadmes täitis kolme tipuga rootor. See pöörles spetsiaalse kujuga õõnsuses.

Pärast mitmeid mootorrataste ja autode eksperimentaalseid mudeleid, mis leidsid aset eelmise sajandi 70ndatel, on nõudlus Wankeli mootori järele märkimisväärselt vähenenud. Kuigi täna töötavad mitmed ettevõtted endiseltselle mootori täiustamine. Seega võite Mazda PX-seerias kohata Wankeli mootorit. Samuti on see seade leidnud oma rakenduse modelleerimisel.

Wankeli mootoriseade

See toiteplokk koosneb mitmest komponendist:

• Kohvrid (staatorid).
• Põlemiskambrid.
• Sisse- ja väljalaskepordid.
• Statsionaarne varustus.
• Hammasratas.
• Rootor.
• Vala.
• Süüteküünlad.

Mis on Wankeli mootori tööpõhimõte? Vaatame seda allpool.

Tööpõhimõte

See ICE toimib järgmiselt. Läbi laagrite ekstsentrilisele võllile paigaldatud rootorit juhib gaasirõhu jõud, mis tekkis õhu-kütuse segu põlemisel. Mootori rootor staatori suhtes läbi paari hammasratta. Üks neist (suur) asub rootori sisepinnal. Teine (tugi) on väiksem ja on tihed alt mootori külgkatte külge kinnitatud. Hammasrataste koosmõjul tekitab rootor ekstsentrilisi ringikujulisi liikumisi. Seega on selle servad kokkupuutes põlemiskambri sisepinnaga.

Selle tulemusena moodustuvad mootori korpuse ja rootori vahele mitu isoleeritud muutuva mahuga kambrit. Nende arv on alati 3. Nendes kambrites toimub segu kokkusurumine, selle põlemine, gaaside paisumine (mis avaldavad seejärel survet rootori tööpinnale) ja nende eemaldamine. Tulemusenakütuse süttimisel käitatakse rootorit, edastades pöördemomendi ekstsentrilisele võllile. Viimane on paigaldatud laagritele ja seejärel edastab jõu ülekandesõlmedele. Ja alles siis läheb Wankeli mootori jõudude moment ratastele vastav alt klassikalisele skeemile - läbi kardaani ajami ja teljevõllide rummudesse. Seega töötab pöörlevas mootoris korraga mitu mehaanilist paari. Esimene vastutab rootori liikumise eest ja koosneb mitmest käigust. Teine de teisendab rootori liikumise ekstsentrilise võlli pööreteks.

Staatori (korpuse) ja hammasrataste ülekandearv on alati stabiilne ja on 3:2. Seega on rootoril aega võlli täispöördeks 120 kraadi pöörata. Rootori täispöörde jaoks viiakse omakorda läbi sisepõlemismootori neljataktiline töötsükkel kõigis kolmes pindade moodustatud kambris.

Eelised

Millised on selle sisepõlemismootori eelised? Wankeli pöörleva kolbmootori konstruktsioon on lihtsam kui kolvivarda mootoril. Seega on selles osi 40 protsenti vähem kui kolb-neljataktilisel sisepõlemismootoril. Kuid ikkagi pole ilma keerukate seadmeteta võimalik oma kätega Wankeli mootorit luua. Lõppude lõpuks on rootor väga keerulise kujuga. Need, kes on proovinud isetehtud Wankeli mootorit oma kätega valmistada, on kannatanud arvuk alt ebaõnnestumisi.

Aga jätkame eelistega. Pöördseadme konstruktsioonis puudub väntvõll, gaasijaotusmehhanism. Samuti puuduvad kepsud jakolvid. Põlevsegu siseneb kambrisse läbi sisselaskeakna, mille avab rootori serv. Ja töötsükli lõpus väljuvad heitgaasid kehast väljalaskeava kaudu. Jällegi täidab siin klapi rolli rootori serv ise. Samuti puudub konstruktsioonis nukkvõll (millest mitut kasutatakse nüüd ühendusvarda sõlmedel). Wankeli pöörlev kolbmootor sarnaneb gaasijaotusmehhanismi tööpõhimõtte poolest kahetaktilise mootoriga.

Eraldi tasub mainida määrdesüsteemi. Tegelikult see Wankeli pöörlevas mootoris puudub. Aga kuidas siis hõõrdepaarid töötavad? See on lihtne: õli lisatakse põlevale segule endale (nagu primitiivsetes mootorrataste mootorites). Seega teostab hõõrduvate osade määrimine õhu-kütuse segu ise. Konstruktsioonis puudub kõigile tuttav õlipump, mis võtab karterist määrdeaine ja pritsib seda spetsiaalse rõhu all.

Wankeli mootori teine eelis on selle kerge kaal ja suurus. Kuna siin puuduvad peaaegu pooled kolbmootoritel kohustuslikest osadest, on pöörlev agregaat kompaktsem ja mahub igasse mootoriruumi. kompaktsed mõõtmed võimaldavad ratsionaalsem alt kasutada mootoriruumi ruumi, samuti tagavad esi- ja tagatelje ühtlasema koormuse (tavamootoritega autodes langeb ju üle 70 protsendi koormusest esiosale osa). Ja tänu väikesele kaalule saavutatakse kõrge stabiilsus. Jah, mootoril onminimaalne vibratsioonitase, millel on positiivne mõju masina kasutusmugavusele.

Selle seadme järgmine pluss on suur erivõimsus, mis saavutatakse suurel võlli pöörlemissagedusel. See funktsioon võimaldab teil saavutada häid tehnilisi omadusi. Seetõttu kasutatakse Mazda sportautodes Wankeli mootorit. Mootor pöörleb kergesti kuni seitse või enam tuhat pööret. Samal ajal annab see väikese helitugevuse korral palju rohkem pöördemomenti ja võimsust. Kõik see avaldab positiivset mõju auto kiirenevale dünaamikale. Näiteks võite võtta auto "Mazda RX-8". 1,3-liitrise mahuga mootor toodab 210 hobujõudu.

Disaini vead

Arvestades Wankeli pöörleva mootori seadet ja tööpõhimõtet, väärib märkimist peamine disainiviga. See on põlemiskambri ja rootori vaheliste tihendite madal efektiivsus. Viimane on üsna keeruka kujuga, mis nõuab usaldusväärset tihendamist mitte ainult mööda servi (mida on kokku neli), vaid ka piki külgpinda (mis puutuvad kokku mootorikattega). Samal ajal on need valmistatud terasest vedruga ribadena, millel on eriti täpne töötlemine nii otstest kui ka tööpindadest. Kõik konstruktsioonis sisalduvad kütmisel tekkivad paisumisvarud halvendavad neid omadusi. Seetõttu on võimatu vältida gaaside läbimurdmist tihendusplaatide otsakohtades. Kolbmootorites rakendatakse labürindiefekti. Seega on konstruktsioonis kasutatud kolme eri suundades vahedega tihendusrõngast.

Kuid väärib märkimist, et viimastel aastatel on tihendite kvaliteet tõusnud. Disainerid on Wankeli mootorit täiustanud, kasutades tihendite jaoks uusi materjale. Kuid ikkagi peetakse gaasi läbimurret pöörleva sisepõlemismootori nõrgimaks kohaks.

Õlikulu

Nagu me varem ütlesime, pole sellel mootoril määrdesüsteemi kui sellist. Tänu sellele, et õli siseneb koos põleva seguga, suureneb selle tarbimine oluliselt. Ja kui ühendusvarda mootoritel on määrdeaine loomulik kadu välistatud või see ei ületa 100 grammi tuhande kilomeetri kohta, siis pöörlevatel mootoritel on see parameeter vahemikus 0,4–1 liiter tuhande kilomeetri kohta. Seda seetõttu, et keerukas tihendussüsteem nõuab pindade tõhusamat määrimist. Samuti ei suuda need mootorid suure õlikulu tõttu vastata tänapäevastele keskkonnastandarditele. Wankeli mootoriga autode heitgaasid sisaldavad palju kehale ja keskkonnale ohtlikke aineid.

Pealegi sai rootormootor töötada ainult kvaliteetsete ja kallite õlidega. See on tingitud mitmest tegurist:

• Mootori kambri ja rootori osade kokkupuute kalduvus suurele kulumisele.
• Hõõrdepaaride kalduvus üle kuumeneda.

Muud probleemid

Ebaregulaarne õlivahetus ähvardas vähendada sisepõlemismootori eluiga, kuna vana määrdeaine osakesed toimisid abrasiivina, suurendades vahesid ja suurendades heitgaaside läbimurde tõenäosust kambris. See seade kiilub ka ülekuumenemisel. Ja külma ilmaga sõitesjahutamine võis olla liigne.

RPD-l endal on kõrgem töötemperatuur kui ühelgi kolbmootoril. Põlemiskambrit peetakse kõige koormatumaks. sellel on väike maht. Ja laiendatud kuju tõttu on kamber aldis detonatsioonile. Lisaks õlile on Wankeli mootor nõudlik ka küünalde kvaliteedi suhtes. Need paigaldatakse paarikaupa ja muudetakse rangelt vastav alt tehnilistele eeskirjadele. Muude punktide hulgas väärib märkimist pöörleva mootori ebapiisav elastsus. Seega suudavad need sisepõlemismootorid toota suurepäraseid kiirus- ja võimsusomadusi ainult suurel rootori kiirusel - 6 kuni 10 tuhat või enam tuhat minutis. See funktsioon sunnib disainereid viimistlema käigukastide disaini, muutes need mitmeastmeliseks.

Teine puudus on suur kütusekulu. Näiteks kui võtta 1,3-liitrine Mazda RX-8 pöörlev kolbmootor, siis passiandmete järgi kulub see 14–18 liitrit kütust. Lisaks on soovitatav kasutada ainult kõrge oktaanarvuga bensiini.

Teave RPD rakendamise kohta autotööstuses

See mootor oli kõige populaarsem eelmise sajandi 60ndate lõpus ja 70ndate alguses. Wankel RPD patendi on omandanud 11 juhtivat autotootjat. Nii töötas NSU 67. aastal välja esimese pöördmootoriga äriklassi auto, mis sai nimeks NSU RO 80. Seda mudelit toodeti masstootmises 10 aastat. Kokku anti välja üle 37 tuhande eksemplari. Auto oli populaarne, kuid rootormootori puudused rikkusid lõpuks selle auto maine. Teiste taustalNSU mudelid, sedaan NSU RO 80 oli kõige ebausaldusväärsem. Läbisõit enne kapitaalremonti oli vaid 50 tuhat koos deklareeritud 100-ga.

Samuti katsetasid rootormootoritega Peugeot-Citroeni kontsern, Mazda firma ja VAZ-i tehas (sellest juhtumist räägime allpool eraldi). Suurima edu saavutasid jaapanlased sellega, et lasid 63. aastal välja pöörleva mootoriga sõiduauto. Hetkel varustavad jaapanlased oma RX-seeria sportautodele veel RPD-sid. Tänaseni on nad vabad paljudest "lastehaigustest", mis olid omased tolleaegsele RAP-ile.

Wankel RPD ja mootorrattatööstus

Eelmise sajandi 70. ja 80. aastatel katsetasid mõned mootorrattatootjad pöörlevate mootoritega. Need on Hercules ja Suzuki. Nüüd on pöörlevate mootorrataste masstootmine loodud ainult Nortonis. See kaubamärk toodab NRV588 sportjalgrattaid, mis on varustatud kahe rootoriga mootoritega kogumahuga 588 kuupsentimeetrit. Nortoni ratta võimsus on 170 hobujõudu. 130 kilogrammi tühimassiga mootorrattal on suurepärane dünaamiline jõudlus. Lisaks on need RPD-d varustatud elektroonilise kütuse sissepritsesüsteemi ja muudetava sisselasketoruga.

Huvitavaid fakte

Neid jõuseadmeid kasutatakse lennukimudelismijate seas laialdaselt. Kuna mudeli sisepõlemismootori efektiivsuse ja töökindluse nõuded puuduvad, osutus selliste mootorite tootmine odavaks. Sellistel sisepõlemismootoritel pole rootori tihendeid üldse või on need kõige primitiivsema disainiga. Selle peamine eelislennukimudeli üksus on see, et seda on lihtne paigaldada lendavasse mõõtkavasse mudelisse. ICE on kerge ja kompaktne.

Veel üks fakt: 1936. aastal RPD patendi saanud Felix Wankel sai mitte ainult rootormootorite, vaid ka kompressorite, aga ka sama skeemi järgi töötavate pumpade leiutajaks. Selliseid üksusi võib leida remonditöökodades ja tootmises. Muide, kaasaskantavad elektrilised rehvipumbad on konstrueeritud täpselt selle põhimõtte järgi.

RPD ja VAZ autod

Nõukogude ajal tegelesid nad ka pöörleva kolbmootori loomise ja selle paigaldamisega kodumaistele VAZ-i autodele. Niisiis oli NSV Liidu esimene RPD mootor VAZ-311 võimsusega 70 hobujõudu. See loodi Jaapani üksuse 13V baasil. Kuid kuna mootori loomine viidi läbi ebareaalsete plaanide kohaselt, osutus seade pärast masstootmisse viimist ebausaldusväärseks. Esimene selle mootoriga auto oli VAZ-21018.

Aga Wankeli mootori VAZ-ile paigaldamise lugu sellega ei lõpe. Järjekorras teine oli jõuallikas VAZ-415, mida 80ndatel G8-l väikeste partiidena kasutati. Sellel jõuallikal olid paremad tehnilised omadused. Võimsus mahuga 1308 kuupsentimeetrit kasvas 150 hobujõuni. Tänu sellele kiirendas rootormootoriga Nõukogude VAZ-2108 sadadeni 9 sekundiga. Ja maksimaalne kiirus oli piiratud 190 kilomeetrini tunnis. Kuid sellel mootoril polnud puudusi. Eelkõige on see väike ressurss. Ta jõudis vaev alt 80 tuhandenikilomeetrit. Ka miinuste hulgas väärib märkimist sellise auto loomise kõrge hind. Õli kulus 700 grammi iga tuhande kilomeetri kohta. Kütusekulu on umbes 20 liitrit sajale. Seetõttu kasutati pöörlevat seadet ainult eriteenistuste sõidukitel, väikeste partiidena.

Järeldus

Nii me mõtlesime välja, mis on Wankeli mootor. Seda pöörlevat seadet kasutatakse nüüd seeriaviisiliselt ainult Mazda autodel ja ainult ühel mudelil. Vaatamata arvukatele täiustustele ja Jaapani inseneride katsetele RPD disaini täiustada, on sellel siiski üsna väike ressurss ja seda iseloomustab suur õlikulu. Samuti ei erine uued 1,3-liitrised Mazdad kütusesäästlikkuse poolest. Kõik need pöörleva mootori puudused muudavad selle autotööstuses ebapraktiliseks ja vähekasutavaks.