Wankel engine: device, prinsipyo ng pagpapatakbo

2024 May -akda: Erin Ralphs | [email protected]. Huling binago: 2024-02-19 19:28

Ang internal combustion engine ay isang napakatalino na imbensyon ng sangkatauhan. Salamat sa panloob na combustion engine, ang teknikal na pag-unlad ay nagsimulang umunlad nang malaki. Mayroong ilang mga uri ng mga setting na ito. Ngunit ang pinakasikat ay connecting rod at piston at rotary piston. Ang huli ay naimbento ng German engineer na si Wankel sa pakikipagtulungan ni W alter Freude. Ang power unit na ito ay may ibang device at prinsipyo ng pagpapatakbo, kung ihahambing sa classic connecting rod-piston internal combustion engine. Ano ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng Wankel engine at bakit ang panloob na combustion engine na ito ay hindi naging napakapopular? Isasaalang-alang namin ang lahat ng ito sa aming artikulo ngayon.

Katangian

So, ano itong motor? Ito ay isang panloob na combustion engine na binuo ni Felix Wankel noong 1957. Ang pag-andar ng piston sa yunit na ito ay isinagawa ng isang three-vertex rotor. Umikot ito sa loob ng isang espesyal na hugis na lukab.

Pagkatapos ng ilang pang-eksperimentong modelo ng mga motorsiklo at kotse na naganap noong dekada 70 ng huling siglo, ang demand para sa Wankel engine ay bumaba nang malaki. Bagaman ngayon, maraming mga kumpanya ang nagtatrabaho pa rinpagpapabuti ng makinang ito. Kaya, maaari mong matugunan ang Wankel engine sa serye ng Mazda PX. Gayundin, nakita ng unit na ito ang aplikasyon nito sa pagmomodelo.

Wankel engine device

Ang power unit na ito ay binubuo ng ilang bahagi:

• Mga Case (stator).
• Combustion chamber.
• Mga inlet at outlet port.
• Stationary gear.
• Gearwheel.
• Rotor.
• Vala.
• Mga spark plug.

Ano ang prinsipyong gumagana ng Wankel engine? Titingnan natin ito sa ibaba.

Prinsipyo sa paggawa

Ang ICE na ito ay tumatakbo bilang sumusunod. Ang rotor, na naka-mount sa isang sira-sira na baras sa pamamagitan ng mga bearings, ay hinihimok ng puwersa ng presyon ng gas, na nabuo bilang isang resulta ng pagkasunog ng pinaghalong air-fuel. Ang motor rotor na may kaugnayan sa stator sa pamamagitan ng isang pares ng mga gears. Ang isa sa mga ito (malaki) ay matatagpuan sa panloob na ibabaw ng rotor. Ang pangalawa (suporta) ay mas maliit at mahigpit na nakakabit sa gilid na takip ng makina. Sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga gear, ang rotor ay gumagawa ng sira-sira na pabilog na paggalaw. Kaya, ang mga gilid nito ay nakikipag-ugnayan sa panloob na ibabaw ng combustion chamber.

Bilang resulta, maraming nakahiwalay na mga silid na may variable na volume ang nabuo sa pagitan ng motor housing at ng rotor. Ang kanilang numero ay palaging 3. Sa mga silid na ito, ang proseso ng compression ng pinaghalong, ang pagkasunog nito, pagpapalawak ng mga gas (na kung saan ay naglalagay ng presyon sa gumaganang ibabaw ng rotor) at ang kanilang pag-alis ay nagaganap. Ang resultapag-aapoy ng gasolina, ang rotor ay hinihimok, inililipat ang metalikang kuwintas sa sira-sira na baras. Ang huli ay naka-mount sa mga bearings at pagkatapos ay naglilipat ng kapangyarihan sa mga yunit ng paghahatid. At pagkatapos lamang ang sandali ng mga puwersa ng Wankel engine ay napupunta sa mga gulong ayon sa klasikal na pamamaraan - sa pamamagitan ng isang cardan drive at axle shaft sa mga hub. Kaya, maraming mga mekanikal na pares ang gumagana nang sabay-sabay sa isang rotary motor. Ang una ay responsable para sa paggalaw ng rotor at binubuo ng ilang mga gears. Kino-convert ng pangalawang de ang paggalaw ng rotor sa mga rebolusyon ng sira-sira na baras.

Ang gear ratio ng stator (housing) at mga gear ay palaging stable at 3:2. Kaya, ang rotor ay may oras upang paikutin para sa isang buong rebolusyon ng baras sa pamamagitan ng 120 degrees. Sa turn, para sa isang buong rebolusyon ng rotor, isang four-stroke cycle ng pagpapatakbo ng internal combustion engine ay ginagawa sa bawat isa sa tatlong chamber na nabuo ng mga mukha.

Mga Benepisyo

Ano ang mga pakinabang ng internal combustion engine na ito? Ang Wankel rotary piston engine ay may mas simpleng disenyo kaysa sa piston rod engine. Kaya, ang bilang ng mga bahagi sa loob nito ay 40 porsiyentong mas mababa kaysa sa isang piston na four-stroke internal combustion engine. Gayunpaman, hindi posible na lumikha ng isang Wankel engine gamit ang iyong sariling mga kamay nang walang sopistikadong kagamitan. Pagkatapos ng lahat, ang rotor ay may napaka-komplikadong hugis. Ang mga sumubok na gumawa ng isang gawang bahay na Wankel engine gamit ang kanilang sariling mga kamay ay dumanas ng maraming pagkabigo.

Ngunit magpatuloy tayo sa mga benepisyo. Sa disenyo ng rotary unit walang crankshaft, mekanismo ng pamamahagi ng gas. Gayundin walang mga connecting rod atmga piston. Ang nasusunog na timpla ay pumapasok sa silid sa pamamagitan ng inlet window, na binubuksan ng gilid ng rotor. At ang mga maubos na gas sa dulo ng working cycle ay inilabas mula sa katawan sa pamamagitan ng exhaust port. Muli, ang papel ng balbula dito ay ginagampanan ng gilid ng rotor mismo. Gayundin, walang camshaft sa disenyo (kung saan ang ilan ay ginagamit na ngayon sa pagkonekta ng mga yunit ng baras). Ang Wankel rotary piston engine ay katulad ng isang two-stroke sa mga tuntunin ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng mekanismo ng pamamahagi ng gas.

Hiwalay, ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit sa sistema ng pagpapadulas. Sa katunayan, wala ito sa Wankel rotary engine. Ngunit paano gumagana ang mga pares ng friction? Ito ay simple: ang langis ay idinagdag sa nasusunog na timpla mismo (tulad ng sa mga primitive na makina ng motorsiklo). Kaya, ang pagpapadulas ng mga gasgas na bahagi ay isinasagawa ng pinaghalong air-fuel mismo. Ang disenyo ay kulang sa oil pump na pamilyar sa lahat, na kumukuha ng lubricant mula sa sump at nag-i-spray nito sa ilalim ng espesyal na presyon.

Ang isa pang bentahe ng Wankel engine ay ang magaan at sukat nito. Dahil halos kalahati ng mga bahagi na ipinag-uutos sa mga piston engine ay nawawala dito, ang rotary unit ay mas compact at maaaring magkasya sa anumang engine compartment. Pinapayagan ka ng mga compact na sukat na gamitin ang espasyo ng kompartimento ng engine nang mas makatwiran, pati na rin magbigay ng isang mas pare-parehong pagkarga sa harap at likurang mga ehe (pagkatapos ng lahat, sa mga kotse na may mga maginoo na makina, higit sa 70 porsiyento ng pagkarga ay nahuhulog sa harap. bahagi). At dahil sa mababang timbang, nakakamit ang mataas na katatagan. Oo, mayroon ang makinapinakamababang antas ng panginginig ng boses, na may positibong epekto sa ginhawa ng makina.

Ang susunod na plus ng unit na ito ay ang mataas na partikular na kapangyarihan, na nakakamit sa mataas na bilis ng shaft. Ang tampok na ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang makamit ang mahusay na mga teknikal na katangian. Ito ang dahilan kung bakit ginagamit ang Wankel engine sa mga Mazda sports car. Ang motor ay madaling umiikot hanggang pito o higit pang libong rebolusyon. Kasabay nito, nagbibigay ito ng higit na metalikang kuwintas at lakas sa maliit na volume. Ang lahat ng ito ay may positibong epekto sa accelerating dynamics ng kotse. Halimbawa, maaari mong kunin ang kotse na "Mazda RX-8". Sa dami ng 1.3 litro, ang motor ay gumagawa ng 210 lakas-kabayo.

Mga bahid ng disenyo

Isinasaalang-alang ang aparato at prinsipyo ng pagpapatakbo ng Wankel rotary engine, ito ay nagkakahalaga ng pagpuna sa pangunahing depekto sa disenyo. Ito ang mababang kahusayan ng mga gap seal sa pagitan ng combustion chamber at ng rotor. Ang huli ay may medyo kumplikadong hugis, na nangangailangan ng maaasahang sealing hindi lamang sa mga gilid (kung saan mayroong apat sa kabuuan), kundi pati na rin sa gilid ng ibabaw (na kung saan ay nakikipag-ugnay sa takip ng engine). Kasabay nito, ang mga ito ay ginawa sa anyo ng bakal na spring-loaded strips na may partikular na tumpak na pagproseso kapwa mula sa mga dulo at mula sa mga gumaganang ibabaw. Ang lahat ng mga allowance para sa pagpapalawak sa panahon ng pag-init, na kasama sa disenyo, ay nagpapababa sa mga katangiang ito. Dahil dito, imposibleng maiwasan ang pagbagsak ng mga gas sa mga dulong lugar ng mga sealing plate. Sa mga piston engine, inilalapat ang labyrinth effect. Kaya, ang disenyo ay gumagamit ng tatlong sealing ring na may mga gaps sa iba't ibang direksyon.

Ngunit nararapat na tandaan na sa mga nakaraang taon ay tumaas ang kalidad ng mga seal. Pinahusay ng mga designer ang Wankel engine, gamit ang mga bagong materyales para sa mga seal. Ngunit gayon pa man, ang gas breakthrough ay itinuturing na pinakamahinang punto sa isang umiinog na internal combustion engine.

Pagkonsumo ng langis

Tulad ng sinabi namin kanina, walang ganoong sistema ng pagpapadulas sa makinang ito. Dahil sa ang katunayan na ang langis ay pumapasok kasama ang nasusunog na halo, ang pagkonsumo nito ay tumataas nang malaki. At kung sa pagkonekta ng mga makina ng baras ang natural na pagkawala ng pampadulas ay hindi kasama o hindi hihigit sa 100 gramo bawat 1 libong kilometro, kung gayon sa mga rotary engine ang parameter na ito ay mula 0.4 hanggang 1 litro bawat libong kilometro. Ito ay dahil ang kumplikadong sistema ng sealing ay nangangailangan ng mas epektibong pagpapadulas ng mga ibabaw. Gayundin, dahil sa mataas na pagkonsumo ng langis, ang mga motor na ito ay hindi nakakatugon sa mga modernong pamantayan sa kapaligiran. Ang mga tambutso ng mga kotse na may Wankel engine ay naglalaman ng maraming mga sangkap na mapanganib sa katawan at sa kapaligiran.

Bukod dito, ang rotary engine ay maaari lamang tumakbo sa mataas na kalidad at mamahaling langis. Ito ay dahil sa ilang salik:

• Tendency ng pagdikit ng mga bahagi ng motor chamber at rotor sa mataas na pagkasira.
• Ang tendency ng friction pairs na mag-overheat.

Iba pang problema

Ang hindi regular na pagpapalit ng langis ay nagbanta na bawasan ang buhay ng internal combustion engine, dahil ang mga particle ng lumang lubricant ay nagsisilbing abrasive, na nagpapataas ng mga puwang at ang posibilidad na masira ang exhaust gas sa chamber. Ang unit na ito ay nagwe-wedge din kapag nag-overheat. At kapag nagmamaneho sa malamig na panahon,maaaring labis ang paglamig.

Ang RPD mismo ay may mas mataas na operating temperature kaysa sa anumang piston engine. Ang silid ng pagkasunog ay itinuturing na pinaka-load. ito ay may maliit na volume. At dahil sa pinahabang hugis, ang kamara ay madaling pumutok. Bilang karagdagan sa langis, hinihingi ng Wankel engine ang kalidad ng mga kandila. Ang mga ito ay naka-install sa mga pares at binago nang mahigpit ayon sa mga teknikal na regulasyon. Sa iba pang mga punto, nararapat na tandaan ang hindi sapat na pagkalastiko ng rotary motor. Kaya, ang mga panloob na engine ng pagkasunog ay maaaring makagawa ng mahusay na bilis at mga katangian ng kapangyarihan lamang sa mataas na bilis ng rotor - mula 6 hanggang 10 o higit pang libo bawat minuto. Pinipilit ng feature na ito ang mga designer na pinuhin ang disenyo ng mga gearbox, na ginagawa itong multi-stage.

Ang isa pang kawalan ay mataas na pagkonsumo ng gasolina. Halimbawa, kung kukuha ka ng 1.3-litro na Mazda RX-8 rotary piston engine, ayon sa data ng pasaporte, kumukonsumo ito mula 14 hanggang 18 litro ng gasolina. Bukod dito, tanging ang high-octane na gasolina lang ang inirerekomendang gamitin.

Tungkol sa aplikasyon ng RPD sa industriya ng sasakyan

Ang makinang ito ay pinakasikat noong huling bahagi ng 60s at unang bahagi ng 70s ng huling siglo. Ang Wankel RPD patent ay nakuha ng 11 nangungunang mga automaker. Kaya, sa ika-67 taon, binuo ng NSU ang unang business-class na kotse na may rotary engine, na tinawag na NSU RO 80. Ang modelong ito ay ginawa nang maramihan sa loob ng 10 taon. Sa kabuuan, higit sa 37 libong kopya ang inilabas. Ang kotse ay popular, ngunit ang mga pagkukulang ng umiinog na makina sa kalaunan ay nasira ang reputasyon ng kotse na ito. Laban sa backdrop ng ibaAng mga modelo ng NSU, ang NSU RO 80 sedan ay ang pinaka hindi mapagkakatiwalaan. Ang mileage bago ang overhaul ay 50 thousand lang na may idineklarang 100.

Gayundin, ang pag-aalala ng Peugeot-Citroen, ang kumpanya ng Mazda at ang planta ng VAZ ay nag-eksperimento sa mga rotary engine (pag-uusapan natin ang kasong ito nang hiwalay sa ibaba). Nakamit ng mga Hapones ang pinakamalaking tagumpay sa pamamagitan ng pagpapakawala ng pampasaherong sasakyan na may rotary engine sa ika-63 taon. Sa ngayon, ang mga Japanese ay nagbibigay pa rin ng mga RPD sa kanilang mga RX series na sports car. Hanggang ngayon, malaya na sila sa marami sa mga "sakit sa pagkabata" na likas sa RAP noong panahong iyon.

Wankel RPD at industriya ng motorsiklo

Noong 70s at 80s ng huling siglo, nag-eksperimento ang ilang manufacturer ng motorsiklo sa mga rotary engine. Ito ay sina Hercules at Suzuki. Ngayon ang mass production ng mga rotary na motorsiklo ay itinatag lamang sa Norton. Ang tatak na ito ay gumagawa ng NRV588 sportbikes na nilagyan ng twin-rotor engine na may kabuuang volume na 588 cubic centimeters. Ang lakas ng Norton bike ay 170 horsepower. na may timbang na 130 kilo, ang motorsiklong ito ay may mahusay na dynamic na pagganap. Bukod pa rito, nilagyan ang mga RPD na ito ng electronic fuel injection system at variable na intake tract.

Mga kawili-wiling katotohanan

Ang mga power unit na ito ay malawakang ginagamit sa mga aircraft modeller. Dahil walang mga kinakailangan para sa kahusayan at pagiging maaasahan sa modelo ng panloob na combustion engine, ang paggawa ng naturang mga motor ay naging mura. Sa ganitong mga panloob na combustion engine, walang mga rotor seal, o mayroon silang pinaka primitive na disenyo. Ang pangunahing bentahe nitoAng unit ng modelo ng sasakyang panghimpapawid ay madaling i-install sa isang flying scale na modelo. Ang ICE ay magaan at compact.

Isa pang katotohanan: Si Felix Wankel, na nakatanggap ng patent para sa RPD noong 1936, ay naging imbentor hindi lamang ng mga rotary engine, kundi pati na rin ang mga compressor, pati na rin ang mga pump na gumagana ayon sa parehong pamamaraan. Ang ganitong mga yunit ay matatagpuan sa mga repair shop at sa produksyon. Siyanga pala, ang portable electric tire inflation pump ay eksaktong idinisenyo ayon sa prinsipyong ito.

RPD at VAZ cars

Noong panahon ng Sobyet, nakikibahagi rin sila sa paglikha ng rotary piston engine at pag-install nito sa mga domestic VAZ na kotse. Kaya, ang unang RPD sa USSR ay ang VAZ-311 engine na may kapasidad na 70 lakas-kabayo. Ito ay nilikha batay sa yunit ng Hapon na 13V. Ngunit dahil ang paglikha ng motor ay isinasagawa ayon sa hindi makatotohanang mga plano, ang yunit ay naging hindi mapagkakatiwalaan pagkatapos mailagay sa mass production. Ang unang kotse na may ganitong makina ay ang VAZ-21018.

Ngunit ang kuwento ng pag-install ng Wankel engine sa VAZ ay hindi nagtatapos doon. Ang pangalawa sa isang hilera ay ang VAZ-415 power unit, na ginamit sa maliliit na batch sa G8 noong 80s. Ang power unit na ito ay may mas mahusay na teknikal na katangian. Ang lakas na may dami na 1308 kubiko sentimetro ay tumaas sa 150 lakas-kabayo. Salamat dito, ang Soviet VAZ-2108 na may rotary engine ay pinabilis sa daan-daang sa loob ng 9 na segundo. At ang maximum na bilis ay limitado sa 190 kilometro bawat oras. Ngunit ang makina na ito ay hindi walang mga depekto. Sa partikular, ito ay isang maliit na mapagkukunan. Bahagya siyang umabot ng 80 thousandkilometro. Gayundin sa mga minus ito ay nagkakahalaga ng pagpuna sa mataas na halaga ng paglikha ng naturang kotse. Ang pagkonsumo ng langis ay 700 gramo para sa bawat libong kilometro. Ang pagkonsumo ng gasolina ay halos 20 litro bawat daan. Samakatuwid, ang rotary unit ay ginamit lamang sa mga espesyal na serbisyong sasakyan, sa maliliit na batch.

Konklusyon

Kaya nalaman namin kung ano ang Wankel engine. Ang rotary unit na ito ay ginagamit na ngayon sa serye lamang sa mga kotse ng Mazda, at sa isang modelo lamang. Sa kabila ng maraming mga pagpapabuti at pagtatangka ng mga inhinyero ng Hapon na mapabuti ang disenyo ng RPD, mayroon pa rin itong maliit na mapagkukunan at nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na pagkonsumo ng langis. Gayundin, ang bagong 1.3-litro na Mazdas ay hindi naiiba sa kahusayan ng gasolina. Ang lahat ng mga pagkukulang na ito ng rotary motor ay ginagawa itong hindi praktikal at hindi gaanong ginagamit sa industriya ng sasakyan.