Wankel variklis: įrenginys, veikimo principas

2024 Autorius: Erin Ralphs | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-19 17:41

Vidaus degimo variklis yra puikus žmonijos išradimas. Vidaus degimo variklio dėka technikos pažanga pradėjo smarkiai vystytis. Yra keletas šių nustatymų tipų. Tačiau žinomiausi yra švaistiklis ir stūmoklis bei sukamasis stūmoklis. Pastarąjį išrado vokiečių inžinierius Wankelis, bendradarbiaudamas su W alteriu Freude. Šis jėgos agregatas turi kitokį įrenginį ir veikimo principą, palyginti su klasikiniu švaistiklio-stūmokliniu vidaus degimo varikliu. Koks yra Wankel variklio veikimo principas ir kodėl šis vidaus degimo variklis netapo toks populiarus? Visa tai apsvarstysime šiandieniniame straipsnyje.

Savybė

Taigi, kas tai per variklis? Tai vidaus degimo variklis, kurį 1957 metais sukūrė Felixas Wankelis. Stūmoklio funkciją šiame bloke atliko trijų viršūnių rotorius. Jis sukosi specialios formos ertmėje.

Po daugelio eksperimentinių motociklų ir automobilių modelių, atsiradusių praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje, Wankel variklio paklausa labai sumažėjo. Nors šiandien nemažai įmonių vis dar dirbašio variklio tobulinimas. Taigi, „Mazda PX“serijoje galite sutikti Wankel variklį. Be to, šis įrenginys buvo pritaikytas modeliuojant.

Wankel variklio įtaisas

Šį maitinimo bloką sudaro keli komponentai:

• Dėklai (statoriai).
• Degimo kameros.
• Įleidimo ir išleidimo angos.
• Stacionari įranga.
• Krumpliaratis.
• Rotorius.
• Vala.
• Uždegimo žvakės.

Koks yra Wankel variklio veikimo principas? Mes tai apžvelgsime toliau.

Veikimo principas

Šis ICE veikia taip. Rotorius, sumontuotas ant ekscentrinio veleno per guolius, yra varomas dujų slėgio jėgos, kuri susidarė degant oro ir kuro mišiniui. Variklio rotorius statoriaus atžvilgiu per krumpliaračių porą. Vienas iš jų (didelis) yra vidiniame rotoriaus paviršiuje. Antrasis (atrama) yra mažesnis ir tvirtai pritvirtintas prie variklio šoninio dangčio. Sąveikaujant krumpliaračiams, rotorius sukuria ekscentrinius sukamuosius judesius. Taigi jo kraštai liečiasi su vidiniu degimo kameros paviršiumi.

Todėl tarp variklio korpuso ir rotoriaus susidaro kelios izoliuotos kintamo tūrio kameros. Jų skaičius visada yra 3. Šiose kamerose vyksta mišinio suspaudimo, jo degimo, dujų (kurios vėliau daro spaudimą darbiniam rotoriaus paviršiui) ir jų pašalinimo procesas. Kaip rezultataskuro užsidegimas, varomas rotorius, sukimo momentas perduodamas ekscentriniam velenui. Pastarasis yra sumontuotas ant guolių, o tada perduoda galią perdavimo blokams. Ir tik tada Wankel variklio jėgų momentas patenka į ratus pagal klasikinę schemą - per kardaninę pavarą ir ašies velenus į stebules. Taigi rotaciniame variklyje vienu metu veikia kelios mechaninės poros. Pirmasis yra atsakingas už rotoriaus judėjimą ir susideda iš kelių pavarų. Antrasis de paverčia rotoriaus judėjimą į ekscentrinio veleno apsisukimus.

Statoriaus (korpuso) ir krumpliaračių perdavimo santykis visada yra stabilus ir yra 3:2. Taigi, rotorius turi laiko pasukti visą veleno apsisukimą 120 laipsnių. Savo ruožtu, norint visiškai apsisukti rotorių, keturių taktų vidaus degimo variklio veikimo ciklas atliekamas kiekvienoje iš trijų kamerų, kurias sudaro paviršiai.

Privalumai

Kokie šio vidaus degimo variklio pranašumai? Wankel rotorinis stūmoklinis variklis yra paprastesnės konstrukcijos nei stūmoklio koto variklis. Taigi jame dalių yra 40 procentų mažiau nei stūmokliniame keturtakčiame vidaus degimo variklyje. Tačiau vis tiek neįmanoma sukurti Wankel variklio savo rankomis be sudėtingos įrangos. Galų gale, rotorius turi labai sudėtingą formą. Tie, kurie savo rankomis bandė pasigaminti naminį Wankel variklį, patyrė daugybę nesėkmių.

Tačiau pradėkime naudą. Sukamojo bloko konstrukcijoje nėra alkūninio veleno, dujų paskirstymo mechanizmo. Taip pat nėra švaistiklio irstūmokliai. Degusis mišinys patenka į kamerą per įleidimo langą, kuris atidaromas rotoriaus kraštu. O išmetamosios dujos darbo ciklo pabaigoje iš kūno išleidžiamos per išmetimo angą. Vėlgi, vožtuvo vaidmenį čia atlieka pats rotoriaus kraštas. Be to, konstrukcijoje nėra skirstomojo veleno (iš kurių keli dabar naudojami švaistiklio blokuose). Wankel sukamasis stūmoklinis variklis dujų paskirstymo mechanizmo veikimo principu yra panašus į dvitaktį.

Atskirai verta paminėti tepimo sistemą. Tiesą sakant, Wankel rotoriniame variklyje jo nėra. Bet kaip tada veikia trinties poros? Viskas paprasta: alyva pilama į patį degų mišinį (kaip primityviuose motociklų varikliuose). Taigi besitrinančių dalių sutepimą atlieka pats oro ir kuro mišinys. Konstrukcijoje trūksta visiems žinomo alyvos siurblio, kuris paima tepalą iš karterio ir purškia jį specialiu slėgiu.

Kitas Wankel variklio pranašumas yra jo lengvas svoris ir dydis. Kadangi čia trūksta beveik pusės detalių, kurios yra privalomos stūmokliniuose varikliuose, sukamasis blokas yra kompaktiškesnis ir gali tilpti į bet kurį variklio skyrių. kompaktiški matmenys leidžia racionaliau išnaudoti variklio skyriaus erdvę, taip pat užtikrina vienodesnę priekinės ir galinės ašių apkrovą (juk automobiliuose su įprastais varikliais daugiau nei 70 procentų apkrovos tenka priekyje dalis). O dėl mažo svorio pasiekiamas didelis stabilumas. Taip, variklis turiminimalus vibracijos lygis, o tai teigiamai veikia mašinos patogumą.

Kitas šio įrenginio pliusas yra didelė specifinė galia, kuri pasiekiama esant dideliam veleno apsisukimų dažniui. Ši funkcija leidžia pasiekti geras technines charakteristikas. Štai kodėl Wankel variklis naudojamas Mazda sportiniuose automobiliuose. Variklis lengvai sukasi iki septynių ar daugiau tūkstančių apsisukimų. Tuo pačiu metu jis suteikia daug daugiau sukimo momento ir galios esant nedideliam tūriui. Visa tai teigiamai veikia įsibėgėjančią automobilio dinamiką. Pavyzdžiui, galite pasiimti automobilį „Mazda RX-8“. 1,3 litro tūrio variklis išvysto 210 arklio galių.

Dizaino trūkumai

Atsižvelgiant į Wankel rotorinio variklio įrenginį ir veikimo principą, verta atkreipti dėmesį į pagrindinį konstrukcijos trūkumą. Tai mažas tarpų tarp degimo kameros ir rotoriaus efektyvumas. Pastarasis yra gana sudėtingos formos, todėl reikia patikimo sandarinimo ne tik išilgai kraštų (kurių iš viso yra keturi), bet ir išilgai šoninio paviršiaus (kurie liečiasi su variklio dangčiu). Tuo pačiu metu jie gaminami iš plieninių spyruoklinių juostų, ypač tiksliai apdirbant tiek iš galų, tiek nuo darbinių paviršių. Visi projekte numatyti plėtimosi leidimai kaitinant pablogina šias charakteristikas. Dėl to neįmanoma išvengti dujų prasiskverbimo sandarinimo plokščių galinėse vietose. Stūmokliniuose varikliuose taikomas labirinto efektas. Taigi konstrukcijoje naudojami trys sandarinimo žiedai su tarpais skirtingomis kryptimis.

Tačiau verta paminėti, kad pastaraisiais metais plombų kokybė pagerėjo. Dizaineriai patobulino Wankel variklį, naudodami naujas medžiagas sandarikliams. Tačiau vis tiek dujų proveržis laikomas silpniausia rotacinio vidaus degimo variklio vieta.

Alyvos sąnaudos

Kaip minėjome anksčiau, šiame variklyje nėra tepimo sistemos. Dėl to, kad alyva patenka kartu su degiuoju mišiniu, jos suvartojimas žymiai padidėja. Ir jei švaistiklio varikliuose natūralus tepalų praradimas neįtraukiamas arba yra ne didesnis kaip 100 gramų 1 tūkstančiui kilometrų, tada rotoriniuose varikliuose šis parametras svyruoja nuo 0,4 iki 1 litro tūkstančiui kilometrų. Taip yra todėl, kad sudėtinga sandarinimo sistema reikalauja efektyvesnio paviršių sutepimo. Be to, dėl didelių alyvos sąnaudų šie varikliai negali atitikti šiuolaikinių aplinkosaugos standartų. Automobilių su Wankel varikliu išmetamosiose dujose yra daug kūnui ir aplinkai pavojingų medžiagų.

Be to, rotorinis variklis galėjo veikti tik naudojant aukštos kokybės ir brangias alyvas. Taip yra dėl kelių veiksnių:

• Polinkis, kad variklio kameros ir rotoriaus dalys susiliečia su dideliu susidėvėjimu.
• Trinties porų polinkis perkaisti.

Kitos problemos

Nereguliarus alyvos keitimas kėlė grėsmę sutrumpinti vidaus degimo variklio eksploatavimo laiką, nes seno tepalo dalelės veikė kaip abrazyvas, padidindamos tarpus ir išmetamųjų dujų prasiskverbimo kameroje tikimybę. Šis įrenginys taip pat įstrigo perkaitęs. O važiuojant š altu oru,aušinimas galėjo būti per didelis.

Pačio RPD darbinė temperatūra yra aukštesnė nei bet kurio stūmoklinio variklio. Degimo kamera laikoma labiausiai apkrauta. jis turi mažą tūrį. Ir dėl išplėstos formos kamera yra linkusi detonuoti. Be alyvos, Wankel variklis reikalauja ir žvakių kokybės. Jie montuojami poromis ir keičiami griežtai laikantis techninių reglamentų. Be kitų dalykų, verta paminėti nepakankamą sukamojo variklio elastingumą. Taigi šie vidaus degimo varikliai puikias greičio ir galios charakteristikas gali sukurti tik esant dideliam rotoriaus apsisukimų dažniui – nuo 6 iki 10 ar daugiau tūkstančių per minutę. Ši funkcija verčia dizainerius tobulinti pavarų dėžių dizainą, kad jos būtų daugiapakopės.

Kitas trūkumas – didelės degalų sąnaudos. Pavyzdžiui, paėmus 1,3 litro darbinio tūrio rotorinį stūmoklinį variklį Mazda RX-8, pagal paso duomenis jis sunaudoja nuo 14 iki 18 litrų degalų. Be to, rekomenduojama naudoti tik didelio oktaninio skaičiaus benziną.

Apie RPD taikymą automobilių pramonėje

Šis variklis buvo populiariausias praėjusio amžiaus 60-ųjų pabaigoje ir 70-ųjų pradžioje. Wankel RPD patentą įsigijo 11 pirmaujančių automobilių gamintojų. Taigi, 67-aisiais metais NSU sukūrė pirmąjį verslo klasės automobilį su rotoriniu varikliu, kuris vadinosi NSU RO 80. Šis modelis buvo masiškai gaminamas 10 metų. Iš viso buvo išleista daugiau nei 37 tūkst. Automobilis buvo populiarus, tačiau rotorinio variklio trūkumai ilgainiui suteršė šio automobilio reputaciją. Kitų foneNSU modeliai, NSU RO 80 sedanas buvo nepatikimiausias. Rida iki kapitalinio remonto buvo tik 50 tūkst su deklaruotais 100.

Taip pat su rotoriniais varikliais eksperimentavo koncernas Peugeot-Citroen, Mazda kompanija ir VAZ gamykla (apie šį atvejį kalbėsime atskirai žemiau). Didžiausios sėkmės japonai pasiekė 63 metais išleisdami lengvąjį automobilį su rotoriniu varikliu. Šiuo metu japonai savo RX serijos sportiniuose automobiliuose vis dar montuoja RPD. Iki šių dienų jie yra laisvi nuo daugelio „vaikystės ligų“, kurios buvo būdingos to meto RAP.

Wankel RPD ir motociklų pramonė

Praėjusio amžiaus aštuntajame ir devintajame dešimtmečiuose kai kurie motociklų gamintojai eksperimentavo su rotoriniais varikliais. Tai Hercules ir Suzuki. Dabar masinė rotorinių motociklų gamyba buvo įkurta tik „Norton“. Šis prekės ženklas gamina NRV588 sportinius dviračius su dviejų rotorių varikliais, kurių bendras tūris yra 588 kubiniai centimetrai. „Norton“dviračio galia yra 170 arklio galių. Šis motociklas, sveriantis 130 kilogramų, pasižymi puikiomis dinaminėmis savybėmis. Be to, šiuose RPD yra įrengta elektroninė degalų įpurškimo sistema ir kintamas įsiurbimo takas.

Įdomūs faktai

Šie jėgos agregatai plačiai naudojami tarp orlaivių modeliuotojų. Kadangi modelio vidaus degimo varikliui efektyvumo ir patikimumo reikalavimų nėra, tokių variklių gamyba pasirodė nebrangi. Tokiuose vidaus degimo varikliuose iš viso nėra rotoriaus sandariklių arba jie yra primityviausio dizaino. Pagrindinis šio privalumasorlaivio modelio blokas yra tas, kad jį lengva sumontuoti skraidančio mastelio modelyje. ICE yra lengvas ir kompaktiškas.

Dar vienas faktas: Feliksas Wankelis, 1936 m. gavęs RPD patentą, tapo ne tik rotacinių variklių, bet ir kompresorių, taip pat pagal tą pačią schemą veikiančių siurblių išradėju. Tokių agregatų galima rasti remonto dirbtuvėse ir gamyboje. Beje, nešiojami elektriniai padangų pripūtimo siurbliai sukurti būtent pagal šį principą.

RPD ir VAZ automobiliai

Sovietiniais laikais jie taip pat užsiėmė rotorinio stūmoklinio variklio kūrimu ir jo montavimu buitiniuose VAZ automobiliuose. Taigi pirmasis RPD SSRS buvo VAZ-311 variklis, kurio galia buvo 70 arklio galių. Jis buvo sukurtas remiantis japonų bloku 13V. Tačiau kadangi variklio kūrimas buvo atliktas pagal nerealius planus, agregatas pasirodė nepatikimas po to, kai buvo pradėtas gaminti masiškai. Pirmasis automobilis su šiuo varikliu buvo VAZ-21018.

Tačiau istorija apie Wankel variklio montavimą VAZ nesibaigia. Antrasis iš eilės buvo VAZ-415 jėgos agregatas, kuris devintajame dešimtmetyje buvo naudojamas mažomis partijomis G8. Šis jėgos agregatas turėjo geresnes technines charakteristikas. 1308 kubinių centimetrų tūrio galia padidėjo iki 150 arklio galių. Dėl šios priežasties sovietinis VAZ-2108 su rotaciniu varikliu iki šimtų įsibėgėjo per 9 sekundes. O maksimalus greitis buvo ribojamas iki 190 kilometrų per valandą. Tačiau šis variklis nebuvo be trūkumų. Visų pirma, tai yra nedidelis išteklius. Jis vos pasiekė 80 tūkstkilometrų. Taip pat tarp minusų verta paminėti didelę tokio automobilio sukūrimo kainą. Alyvos sąnaudos buvo 700 gramų tūkstančiui kilometrų. Degalų sąnaudos yra apie 20 litrų šimtui. Todėl sukamasis blokas buvo naudojamas tik specialiųjų tarnybų transporto priemonėse, mažomis partijomis.

Išvada

Taigi mes išsiaiškinome, kas yra Wankel variklis. Šis sukamasis blokas dabar serijiniu būdu naudojamas tik „Mazda“automobiliuose ir tik viename modelyje. Nepaisant daugybės patobulinimų ir Japonijos inžinierių bandymų patobulinti RPD konstrukciją, jis vis dar turi gana mažus išteklius ir pasižymi didelėmis alyvos sąnaudomis. Taip pat naujosios 1,3 litro „Mazdos“nesiskiria degalų efektyvumu. Dėl visų šių rotacinio variklio trūkumų jis nepraktiškas ir nepakankamai naudojamas automobilių pramonėje.