Silnik Wankla - urządzenie i zasada działania samochodu RPD

W historii przemysłu motoryzacyjnego pojawiło się wiele zaawansowanych rozwiązań, zmieniły się konstrukcje komponentów i zespołów. Ponad 30 lat temu aktywne próby przesunięcia silnika tłokowego na bok dały przewagę obrotowemu silnikowi tłokowemu Wankla. Jednak z powodu wielu okoliczności silniki obrotowe nie otrzymały prawa do życia. Przeczytaj o tym wszystkim poniżej.

Zasada działania

Wirnik ma trójkątny kształt, z każdej strony ma wypukły kształt, który działa jak tłok. Z każdej strony wirnika znajdują się specjalne wgłębienia, które zapewniają więcej miejsca na mieszankę paliwowo-powietrzną, zwiększając tym samym prędkość roboczą silnika. Górna część krawędzi wyposażona jest w małą przegrodę uszczelniającą, która ułatwia wykonanie każdego uderzenia. Wirnik wyposażony jest z obu stron w pierścienie uszczelniające, które tworzą ścianki komór. Środek wirnika wyposażony jest w zęby, za pomocą których obraca się mechanizm.

Zasada działania silnika Wankla jest zupełnie inna niż klasyczna, jednak łączy je jeden proces, składający się z 4 suwów (suw-ssanie-sprężanie-praca-wydech). Paliwo dostaje się do pierwszej utworzonej komory, jest sprężane w drugiej, następnie wirnik obraca się, a sprężona mieszanka jest zapalana przez świecę zapłonową, po tym, jak mieszanina robocza obraca wirnik i wychodzi do kolektora wydechowego. Główną zasadą wyróżniającą jest to, że w silniku z tłokiem obrotowym komora robocza nie jest statyczna, ale jest tworzona przez ruch wirnika.

Urządzenie

Przed zrozumieniem urządzenia powinieneś poznać główne elementy silnika z tłokiem obrotowym. Silnik Wankla składa się z:

• obudowa stojana;
• wirnik;
• zestaw narzędzi;
• mimośrodowy wał;
• świece zapłonowe (zapalanie i dopalanie).

Silnik obrotowy to jednostka spalania wewnętrznego. W tym silniku wszystkie 4 skoki pracy odbywają się w pełni, jednak dla każdej fazy jest osobna komora, którą tworzy wirnik ruchem obrotowym. 

Po włączeniu zapłonu rozrusznik obraca koło zamachowe i uruchamia silnik. Obracając się, wirnik, poprzez koronę koła zębatego, przenosi moment obrotowy na wał mimośrodowy (w przypadku silnika tłokowego jest to wałek rozrządu). 

Rezultatem pracy silnika Wankla powinno być wytworzenie się ciśnienia mieszanki roboczej, zmuszające raz za razem do powtarzania ruchów obrotowych wirnika, przenoszącego moment obrotowy na przekładnię. 

W tym silniku cylindry, tłoki, wał korbowy wraz z korbowodami zastępują całą obudowę stojana wirnikiem. Dzięki temu objętość silnika jest znacznie zmniejszona, a moc jest wielokrotnie większa niż w klasycznym silniku z mechanizmem korbowym o tej samej objętości. Ta konstrukcja ma wysoką przekładnię również ze względu na niskie straty tarcia.

Nawiasem mówiąc, prędkość robocza silnika może przekraczać 7000 obr / min, podczas gdy silniki Mazdy Wankel (do imprez sportowych) mają obroty powyżej 10000 obr / min. 

Konstrukcja

Jedną z głównych zalet tej jednostki jest jej kompaktowość i mniejsza waga w porównaniu do klasycznych silników tej samej wielkości. Układ pozwala znacznie zmniejszyć środek ciężkości, a to korzystnie wpływa na stabilność i ostrość sterowania. Małe samoloty, samochody sportowe i pojazdy silnikowe korzystały i nadal korzystają z tej przewagi. 

Historia

Historia powstania i rozpowszechnienia silnika Wankla pozwoli Ci lepiej zrozumieć, dlaczego był to najlepszy silnik w swoich czasach i dlaczego został porzucony dzisiaj.

Wczesne wydarzenia

W 1951 roku niemiecka firma NSU Motorenwerke opracowała dwa silniki: pierwszy - autorstwa Felixa Wankla, pod nazwą DKM, oraz drugi - KKM Hansa Paschkego (oparty na opracowaniu Wankla). 

Podstawą pracy zespołu Wankla był osobny obrót korpusu i wirnika, dzięki czemu obroty robocze osiągały 17000 XNUMX na minutę. Niedogodność polegała na tym, że w celu wymiany świec zapłonowych trzeba było zdemontować silnik. Ale silnik KKM miał stałe nadwozie, a jego konstrukcja była znacznie prostsza niż główny prototyp.

Wydane licencje

W 1960 roku NSU Motorenwerke podpisało umowę z amerykańską firmą produkcyjną Curtiss-Wright Corporation. Zgodnie z umową niemieccy inżynierowie skupili się na rozwoju małych silników z tłokiem obrotowym do lekkich pojazdów, podczas gdy amerykański Curtis-Wright był zaangażowany w rozwój silników lotniczych. Jako projektant zatrudniono również niemieckiego inżyniera mechanika Maxa Bentele. 

Zdecydowana większość światowych producentów samochodów, m.in. Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda i wielu innych. W 1959 roku amerykańska firma wprowadziła ulepszoną wersję silnika Wankla, a rok później brytyjski Rolls Royce zaprezentował dwustopniowy silnik wysokoprężny z tłokami obrotowymi.

W międzyczasie niektórzy europejscy producenci samochodów zaczęli próbować wyposażać samochody w nowe silniki, ale nie wszyscy znaleźli swoje zastosowanie: GM odmówił, Citroen był skupiony na opracowaniu silnika z przeciwtłokami do samolotów, a Mercedes-Benz zainstalował silnik z tłokiem obrotowym w eksperymentalnym modelu C 111. 

W 1961 roku w Związku Radzieckim NAMI wraz z innymi instytutami badawczymi rozpoczęło prace nad silnikiem Wankla. Zaprojektowano wiele opcji, jedna z nich znalazła zastosowanie w samochodzie VAZ-2105 dla KGB. Dokładna liczba montowanych silników nie jest znana, ale nie przekracza kilkudziesięciu. 

Nawiasem mówiąc, po latach tylko firma motoryzacyjna Mazda naprawdę znalazła zastosowanie dla silnika z tłokiem obrotowym. Uderzającym tego przykładem jest model RX-8.

Rozwój motocykli

W Wielkiej Brytanii producent motocykli Norton Motorcycles opracował chłodzony powietrzem silnik z tłokiem obrotowym firmy Sachs do pojazdów silnikowych. Możesz dowiedzieć się więcej o rozwoju, czytając o motocyklu Hercules W-2000.

Suzuki nie ustępował, a także wypuścił własny motocykl. Jednak inżynierowie starannie opracowali konstrukcję silnika, zastosowali żelazostop, co znacznie zwiększyło niezawodność i żywotność urządzenia.

Rozwój samochodów

Po podpisaniu kontraktu badawczego pomiędzy Mazdą i NSU, firmy zaczęły rywalizować o mistrzostwo w produkcji pierwszego samochodu z jednostką Wankla. W rezultacie w 1964 roku NSU zaprezentowało swój pierwszy samochód, NSU Spider, w odpowiedzi Mazda zaprezentowała prototyp silników 2- i 4-wirnikowych. Po 3 latach NSU Motorenwerke wypuściło model Ro 80, ale otrzymało wiele negatywnych recenzji z powodu licznych awarii na tle niedoskonałego projektu. Problem ten został rozwiązany dopiero w 1972 roku i firma po 7 latach została wchłonięta przez Audi, a silniki Wankla zyskały już sławę.

Japoński producent Mazda poinformował, że jego inżynierowie rozwiązali problem uszczelnienia górnej części (szczelność między komorami), zaczęli stosować silniki nie tylko w samochodach sportowych, ale także w samochodach użytkowych. Nawiasem mówiąc, właściciele samochodów Mazda z silnikiem rotacyjnym zauważyli wysoką reakcję przepustnicy i elastyczność silnika.

Mazda później zrezygnowała z masowego wprowadzania zaawansowanego silnika, instalując go tylko w modelach RX-7 i RX-8. Do RX-8 zaprojektowano silnik Renesis, który został ulepszony na wiele sposobów, a mianowicie:

• przesunięte otwory wentylacyjne w celu poprawy przedmuchu, co znacznie zwiększyło moc;
• dodano kilka części ceramicznych, aby zapobiec odkształceniom termicznym;
• przemyślany elektroniczny system zarządzania silnikiem;
• obecność dwóch świec zapłonowych (głównej i dopalacza);
• dodanie płaszcza wodnego, aby wyeliminować gromadzenie się węgla na wylocie.

W rezultacie uzyskano kompaktowy silnik o pojemności 1.3 litra i mocy około 231 KM.

Zalety

Główne zalety obrotowego silnika tłokowego:

1. Jego niska waga i wymiary, które bezpośrednio wpływają na podstawę konstrukcji pojazdu. Ten czynnik jest ważny przy projektowaniu samochodu sportowego z nisko położonym środkiem ciężkości.
2. Mniej szczegółów. Pozwala to nie tylko obniżyć koszty utrzymania silnika, ale także zmniejszyć straty mocy podczas ruchu lub obracania powiązanych części. Ten czynnik bezpośrednio wpłynął na wysoką sprawność.
3. Przy tej samej objętości, co klasyczny silnik tłokowy, moc obrotowego silnika tłokowego jest 2-3 razy większa.
4. Płynność i elastyczność pracy, brak namacalnych wibracji ze względu na brak ruchów posuwisto-zwrotnych jednostek głównych.
5. Silnik może być zasilany benzyną niskooktanową.
6. Szeroki zakres prędkości roboczych pozwala na zastosowanie przekładni z krótszymi biegami, co jest niezwykle wygodne w warunkach miejskich.
7. „Półka” momentu obrotowego jest zapewniona przez ⅔ cyklu, a nie przez ćwierć, jak w silniku Otto.
8. Olej silnikowy praktycznie nie jest zanieczyszczony, okres między wymianami jest wielokrotnie szerszy. Tutaj olej nie podlega spalaniu, tak jak w silnikach tłokowych, proces ten zachodzi poprzez pierścienie.
9. Nie ma detonacji.

Nawiasem mówiąc, udowodniono, że nawet jeśli ten silnik jest na skraju zasobu, zużywa dużo oleju, działa przy niskim sprężeniu, jego moc nieznacznie spadnie. To właśnie ta godność przekupiła mnie do zainstalowania obrotowego silnika tłokowego w samolocie.

Oprócz imponujących zalet istnieją również wady, które uniemożliwiły zaawansowanemu silnikowi z tłokiem obrotowym osiągnięcie mas.

 Ograniczenia

1. Proces spalania nie jest wystarczająco wydajny, przez co wzrasta zużycie paliwa i pogarszają się standardy toksyczności. Problem częściowo rozwiązuje obecność drugiej świecy zapłonowej, która spala mieszankę roboczą.
2. Wysokie zużycie oleju. Wadą jest to, że silniki Wankla mają nadmierne smarowanie, aw niektórych miejscach czasami olej może się wypalić. W strefach spalania występuje nadmiar oleju, co powoduje nagromadzenie się węgla. Próbowali poradzić sobie z tym problemem, instalując rury „cieplne”, które poprawiają przenoszenie ciepła i wyrównują temperaturę oleju w całym silniku.
3. Trudność w naprawie. Nie wszyscy specjaliści są gotowi do profesjonalnego podjęcia się naprawy silnika Wankla. Strukturalnie jednostka nie jest bardziej skomplikowana niż klasyczny silnik, ale istnieje wiele niuansów, których nieprzestrzeganie doprowadzi do wczesnej awarii silnika. Do tego doliczamy wysoki koszt napraw.
4. Niski zasób. Dla posiadaczy Mazdy RX-8 przebieg 80 000 km oznacza, że ​​nadszedł czas na gruntowny remont. Niestety, za taką kompaktowość i wysoką wydajność trzeba zapłacić drogimi i skomplikowanymi naprawami co 80-100 tysięcy kilometrów.

Pytania i odpowiedzi:

Jaka jest różnica między silnikiem obrotowym a silnikiem tłokowym? W silniku obrotowym nie ma tłoków, co oznacza, że ​​ruchy posuwisto-zwrotne nie są wykorzystywane do obracania wału silnika spalinowego – wirnik od razu się w nim obraca.

Czym jest silnik rotacyjny w samochodzie? Jest to jednostka termiczna (działa dzięki spalaniu mieszanki paliwowo-powietrznej), tylko wykorzystuje obracający się wirnik, na którym zamocowany jest wał, który trafia do skrzyni biegów.

Dlaczego silnik obrotowy jest taki zły? Główną wadą silnika obrotowego jest bardzo mały zasób roboczy ze względu na szybkie zużycie uszczelek między komorami spalania urządzenia (kąt pracy stale się zmienia i stale spada temperatura).