Silnik Wankla: urządzenie, zasada działania

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-19 18:17

Silnik spalinowy to genialny wynalazek ludzkości. Dzięki silnikowi spalinowemu postęp techniczny zaczął się znacząco rozwijać. Istnieje kilka rodzajów tych ustawień. Ale najbardziej znane to korbowód i tłok oraz tłok obrotowy. Ten ostatni został wymyślony przez niemieckiego inżyniera Wankla we współpracy z W alterem Freude. Ta jednostka napędowa ma inne urządzenie i zasadę działania w porównaniu z klasycznym silnikiem spalinowym z korbowodem. Jaka jest zasada działania silnika Wankla i dlaczego ten silnik spalinowy nie stał się tak popularny? Wszystko to rozważymy w naszym dzisiejszym artykule.

Charakterystyka

Więc, co to za silnik? Jest to silnik spalinowy, który został opracowany przez Felixa Wankla w 1957 roku. Funkcję tłoka w tym zespole pełnił wirnik trójwierzchołkowy. Obracał się wewnątrz specjalnie ukształtowanej wnęki.

Po wielu eksperymentalnych modelach motocykli i samochodów, które miały miejsce w latach 70. ubiegłego wieku, zapotrzebowanie na silnik Wankla znacznie spadło. Chociaż dziś wiele firm wciąż pracuje nadulepszenie tego silnika. Tak więc możesz spotkać silnik Wankla w serii Mazda PX. Również to urządzenie znalazło swoje zastosowanie w modelowaniu.

Urządzenie z silnikiem Wankla

Ta jednostka napędowa składa się z kilku elementów:

• Przypadki (stojany).
• Komory spalania.
• Porty wlotowe i wylotowe.
• Przekładnia stacjonarna.
• Koło zębate.
• Wirnik.
• Vala.
• Świece zapłonowe.

Jaka jest zasada działania silnika Wankla? Przyjrzymy się temu poniżej.

Zasada działania

Ten ICE działa w następujący sposób. Wirnik osadzony na wale mimośrodowym poprzez łożyska napędzany jest siłą ciśnienia gazu, które powstało w wyniku spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Wirnik silnika względem stojana poprzez parę kół zębatych. Jeden z nich (duży) znajduje się na wewnętrznej powierzchni wirnika. Drugi (wspornik) jest mniejszy i jest ciasno przymocowany do bocznej pokrywy silnika. Poprzez współdziałanie kół zębatych wirnik wytwarza mimośrodowe ruchy kołowe. W ten sposób jego krawędzie stykają się z wewnętrzną powierzchnią komory spalania.

W rezultacie pomiędzy obudową silnika a wirnikiem powstaje kilka izolowanych komór o zmiennej objętości. Ich liczba wynosi zawsze 3. W tych komorach zachodzi proces sprężania mieszanki, jej spalania, rozprężania gazów (które następnie wywierają nacisk na powierzchnię roboczą wirnika) i ich usuwania. W rezultaciezapłon paliwa, wirnik jest napędzany, przenosząc moment obrotowy na wał mimośrodowy. Ten ostatni jest montowany na łożyskach, a następnie przekazuje moc do jednostek transmisyjnych. I dopiero wtedy moment sił silnika Wankla trafia na koła według klasycznego schematu - przez kardana i półosie do piast. W ten sposób kilka par mechanicznych pracuje jednocześnie w silniku obrotowym. Pierwsza odpowiada za ruch wirnika i składa się z kilku kół zębatych. Drugi de przekształca ruch wirnika w obroty wału mimośrodowego.

Przełożenie stojana (obudowy) i kół zębatych jest zawsze stabilne i wynosi 3:2. W ten sposób wirnik ma czas na obrót na pełny obrót wału o 120 stopni. Z kolei dla pełnego obrotu wirnika czterosuwowy cykl pracy silnika spalinowego wykonywany jest w każdej z trzech komór utworzonych przez czoła.

Korzyści

Jakie są zalety tego silnika spalinowego? Silnik z tłokiem obrotowym Wankla ma prostszą konstrukcję niż silnik z tłoczyskiem. Tak więc liczba zawartych w nim części jest o 40 procent mniejsza niż w tłokowym czterosuwowym silniku spalinowym. Mimo to nie da się stworzyć silnika Wankla własnymi rękami bez wyrafinowanego sprzętu. W końcu wirnik ma bardzo złożony kształt. Ci, którzy próbowali zrobić domowy silnik Wankla własnymi rękami, ponieśli wiele niepowodzeń.

Ale przejdźmy do korzyści. W konstrukcji jednostki obrotowej nie ma wału korbowego, mechanizmu dystrybucji gazu. Również nie ma korbowodów itłoki. Mieszanka palna wchodzi do komory przez okno wlotowe, które jest otwierane przez krawędź wirnika. A spaliny pod koniec cyklu roboczego są uwalniane z nadwozia przez otwór wydechowy. Ponownie rolę zaworu pełni tutaj sama krawędź wirnika. Ponadto w konstrukcji nie ma wałka rozrządu (z których kilka jest obecnie używanych w zespołach korbowodów). Obrotowy silnik tłokowy Wankla pod względem zasady działania mechanizmu dystrybucji gazu jest podobny do silnika dwusuwowego.

Osobno warto wspomnieć o układzie smarowania. W rzeczywistości nie ma go w silniku rotacyjnym Wankla. Ale jak w takim razie działają pary tarcia? To proste: olej jest dodawany do samej mieszanki palnej (jak w prymitywnych silnikach motocyklowych). W ten sposób smarowanie części trących odbywa się za pomocą samej mieszanki powietrzno-paliwowej. W konstrukcji brakuje znanej wszystkim pompy olejowej, która pobiera smar z miski olejowej i rozpyla go pod specjalnym ciśnieniem.

Kolejną zaletą silnika Wankla jest jego niewielka waga i rozmiar. Ponieważ brakuje prawie połowy części, które są obowiązkowe w silnikach tłokowych, jednostka obrotowa jest bardziej kompaktowa i może zmieścić się w dowolnej komorze silnika. kompaktowe wymiary pozwalają na bardziej racjonalne wykorzystanie przestrzeni komory silnika, a także zapewniają bardziej równomierne obciążenie przedniej i tylnej osi (wszak w samochodach z konwencjonalnymi silnikami ponad 70 proc. obciążenia przypada na przód część). A dzięki niewielkiej wadze osiąga się wysoką stabilność. Tak, silnik maminimalny poziom drgań, co pozytywnie wpływa na komfort pracy maszyny.

Następną zaletą tej jednostki jest wysoka moc właściwa, która jest osiągana przy dużych prędkościach wału. Ta funkcja pozwala osiągnąć dobre parametry techniczne. Właśnie dlatego silnik Wankla jest stosowany w sportowych samochodach Mazdy. Silnik z łatwością obraca się do siedmiu lub więcej tysięcy obrotów. Jednocześnie zapewnia znacznie większy moment obrotowy i moc przy niewielkiej objętości. Wszystko to pozytywnie wpływa na dynamikę przyspieszania auta. Na przykład możesz wziąć samochód „Mazda RX-8”. Przy objętości 1,3 litra silnik wytwarza 210 koni mechanicznych.

Wady projektowe

Biorąc pod uwagę urządzenie i zasadę działania silnika rotacyjnego Wankla, warto zwrócić uwagę na główną wadę konstrukcyjną. Jest to niska skuteczność uszczelnienia szczeliny między komorą spalania a wirnikiem. Ten ostatni ma dość złożony kształt, który wymaga niezawodnego uszczelnienia nie tylko wzdłuż krawędzi (których jest w sumie cztery), ale także wzdłuż powierzchni bocznej (które stykają się z pokrywą silnika). Jednocześnie wykonane są w postaci stalowych taśm sprężynowych ze szczególnie dokładną obróbką zarówno od końców, jak i od powierzchni roboczych. Wszelkie naddatki na rozszerzanie podczas ogrzewania, uwzględnione w projekcie, degradują te właściwości. Z tego powodu niemożliwe jest uniknięcie przebicia gazów w końcowych miejscach płyt uszczelniających. W silnikach tłokowych stosuje się efekt labiryntu. Tak więc projekt wykorzystuje trzy pierścienie uszczelniające z przerwami w różnych kierunkach.

Ale warto zauważyć, że w ostatnich latach jakość uszczelek wzrosła. Konstruktorzy ulepszyli silnik Wankla, wykorzystując nowe materiały do uszczelnień. Jednak wciąż przełom gazu jest uważany za najsłabszy punkt w obrotowym silniku spalinowym.

Zużycie oleju

Jak powiedzieliśmy wcześniej, w tym silniku nie ma samego układu smarowania. Ze względu na to, że olej wchodzi wraz z mieszaniną palną, jego zużycie znacznie wzrasta. A jeśli w silnikach korbowodowych naturalna utrata smaru jest wykluczona lub nie przekracza 100 gramów na tysiąc kilometrów, to w silnikach obrotowych parametr ten waha się od 0,4 do 1 litra na tysiąc kilometrów. Dzieje się tak, ponieważ złożony system uszczelniający wymaga bardziej efektywnego smarowania powierzchni. Ponadto, ze względu na duże zużycie oleju, silniki te nie spełniają nowoczesnych norm środowiskowych. Spaliny samochodów z silnikiem Wankla zawierają wiele substancji niebezpiecznych dla organizmu i środowiska.

Poza tym silnik rotacyjny mógł pracować tylko na wysokiej jakości i drogich olejach. Wynika to z kilku czynników:

• Tenność stykania się części komory silnika i wirnika z wysokim zużyciem.
• Tendencja par ciernych do przegrzewania.

Inne problemy

Nieregularne wymiany oleju groziły skróceniem żywotności silnika spalinowego, ponieważ cząsteczki starego smaru działały jak ścierniwo, zwiększając szczeliny i prawdopodobieństwo przebicia spalin w komorze. To urządzenie również klinuje się, gdy jest przegrzane. A podczas jazdy w chłodne dni,chłodzenie mogło być nadmierne.

Sam RPD ma wyższą temperaturę roboczą niż jakikolwiek silnik tłokowy. Komora spalania jest uważana za najbardziej obciążoną. ma małą objętość. A ze względu na wydłużony kształt komora jest podatna na detonację. Oprócz oleju silnik Wankla wymaga jakości świec. Są instalowane parami i zmieniane ściśle według przepisów technicznych. Między innymi warto zwrócić uwagę na niewystarczającą elastyczność silnika obrotowego. Tak więc te silniki spalinowe mogą generować doskonałe parametry prędkości i mocy tylko przy wysokich prędkościach wirnika - od 6 do 10 lub więcej tysięcy na minutę. Ta cecha zmusza projektantów do dopracowania konstrukcji gearboxów, czyniąc je wielostopniowymi.

Kolejną wadą jest wysokie zużycie paliwa. Na przykład, jeśli weźmiesz 1,3-litrowy obrotowy silnik tłokowy Mazda RX-8, zgodnie z danymi paszportowymi, zużywa on od 14 do 18 litrów paliwa. Ponadto zaleca się stosowanie wyłącznie benzyny wysokooktanowej.

O zastosowaniu RPD w przemyśle motoryzacyjnym

Ten silnik był najbardziej popularny pod koniec lat 60. i na początku 70. ubiegłego wieku. Patent Wankla RPD został nabyty przez 11 wiodących producentów samochodów. Tak więc w 67. roku NSU opracowało pierwszy samochód klasy biznesowej z silnikiem obrotowym, który nazwano NSU RO 80. Model ten był masowo produkowany przez 10 lat. W sumie wydano ponad 37 tysięcy egzemplarzy. Samochód był popularny, ale wady silnika rotacyjnego ostatecznie nadszarpnęły reputację tego samochodu. Na tle innychModele NSU, sedan NSU RO 80 był najbardziej zawodny. Przebieg przed remontem wyniósł tylko 50 tys. przy zadeklarowanych 100.

Również koncern Peugeot-Citroen, firma Mazda i fabryka VAZ eksperymentowały z silnikami obrotowymi (o tym przypadku porozmawiamy osobno poniżej). Największy sukces odnieśli Japończycy, wypuszczając w 63. roku samochód osobowy z silnikiem rotacyjnym. W tej chwili Japończycy wciąż wyposażają RPD w swoich sportowych samochodach serii RX. Do dziś są wolni od wielu „choroby wieku dziecięcego”, które były nieodłącznym elementem ówczesnego RAP.

Wankel RPD i przemysł motocyklowy

W latach 70. i 80. ubiegłego wieku niektórzy producenci motocykli eksperymentowali z silnikami obrotowymi. To są Herkules i Suzuki. Teraz masowa produkcja motocykli obrotowych powstała tylko w Norton. Marka ta produkuje motocykle sportowe NRV588 wyposażone w silniki dwuwirnikowe o łącznej pojemności 588 centymetrów sześciennych. Moc roweru Norton to 170 koni mechanicznych. przy masie własnej 130 kilogramów ten motocykl ma doskonałe osiągi dynamiczne. Dodatkowo te RPD są wyposażone w elektroniczny układ wtrysku paliwa i zmienny przewód dolotowy.

Ciekawe fakty

Te jednostki napędowe są szeroko stosowane wśród modelarzy samolotów. Ponieważ w modelowym silniku spalinowym nie ma wymagań dotyczących wydajności i niezawodności, produkcja takich silników okazała się niedroga. W takich silnikach spalinowych w ogóle nie ma uszczelnień wirnika lub mają one najbardziej prymitywną konstrukcję. Główną zaletą tegojednostka modelu samolotu jest łatwa do zainstalowania w modelu latającym w skali. ICE jest lekki i kompaktowy.

Jeszcze jeden fakt: Felix Wankel, po otrzymaniu patentu na RPD w 1936 roku, stał się wynalazcą nie tylko silników rotacyjnych, ale także sprężarek, a także pomp działających według tego samego schematu. Takie jednostki można znaleźć w warsztatach naprawczych oraz w produkcji. Nawiasem mówiąc, przenośne elektryczne pompki do opon są zaprojektowane dokładnie według tej zasady.

Samochody RPD i VAZ

W czasach sowieckich zajmowali się również tworzeniem silnika z obrotowym tłokiem i jego instalacją w krajowych samochodach VAZ. Tak więc pierwszym RPD w ZSRR był silnik VAZ-311 o mocy 70 koni mechanicznych. Został stworzony na bazie japońskiej jednostki 13V. Ponieważ jednak tworzenie silnika odbywało się według nierealistycznych planów, jednostka po wprowadzeniu do masowej produkcji okazała się zawodna. Pierwszym samochodem z tym silnikiem był VAZ-21018.

Ale historia instalacji silnika Wankla w VAZ nie kończy się na tym. Drugim z rzędu był zasilacz VAZ-415, który był używany w małych partiach na G8 w latach 80-tych. Ta jednostka napędowa miała lepsze parametry techniczne. Moc o objętości 1308 centymetrów sześciennych wzrosła do 150 koni mechanicznych. Dzięki temu radziecki VAZ-2108 z silnikiem obrotowym przyspieszył do setek w 9 sekund. A maksymalna prędkość została ograniczona do 190 kilometrów na godzinę. Ale ten silnik nie był pozbawiony wad. W szczególności jest to niewielki zasób. Ledwo osiągnął 80 tys.kilometrów. Również wśród minusów warto zwrócić uwagę na wysoki koszt stworzenia takiego samochodu. Zużycie oleju wynosiło 700 gramów na każdy tysiąc kilometrów. Zużycie paliwa wynosi około 20 litrów na sto. Dlatego zespół obrotowy był używany tylko w pojazdach służb specjalnych, w małych partiach.

Wniosek

Więc odkryliśmy, czym jest silnik Wankla. Ta jednostka obrotowa jest obecnie używana seryjnie tylko w samochodach Mazda i tylko w jednym modelu. Pomimo licznych ulepszeń i prób japońskich inżynierów mających na celu ulepszenie konstrukcji RPD, nadal ma on dość niewielki zasób i charakteryzuje się wysokim zużyciem oleju. Ponadto nowe Mazdy o pojemności 1,3 litra nie różnią się pod względem zużycia paliwa. Wszystkie te wady silnika obrotowego sprawiają, że jest on niepraktyczny i niewykorzystany w przemyśle motoryzacyjnym.