Wankelův motor - zařízení a princip činnosti vozu RPD

V průběhu historie automobilového průmyslu existovalo mnoho pokročilých řešení, návrhy komponentů a sestav se změnily. Před více než 30 lety začaly aktivní pokusy posunout pístový motor na stranu, což poskytlo výhodu rotačnímu pístovému motoru Wankel. Kvůli mnoha okolnostem však rotační motory nezískaly právo na život. Přečtěte si o tom všem níže.

Princip činnosti

Rotor má trojúhelníkový tvar, na každé straně má konvexní tvar, který funguje jako píst. Každá strana rotoru má speciální drážky, které poskytují více prostoru pro směs paliva a vzduchu, čímž zvyšují provozní otáčky motoru. Horní část okrajů je vybavena malou těsnicí přepážkou, která usnadňuje provedení každého rytmu. Rotor je na obou stranách vybaven těsnicími kroužky, které tvoří stěnu komor. Střed rotoru je vybaven zuby, pomocí nichž se mechanismus otáčí.

Princip fungování Wankelova motoru je zcela odlišný od klasického, ale spojuje je jediný proces skládající se ze 4 zdvihů (sání - stlačení - pracovní zdvih - výfuk). Palivo vstupuje do první vytvořené komory, ve druhé je stlačeno, poté se rotor otáčí a stlačená směs se zapálí zapalovací svíčkou poté, co pracovní směs otáčí rotorem a vystupuje do sběrného výfukového potrubí. Hlavní rozlišovací princip spočívá v tom, že u motoru s rotačními písty není pracovní komora statická, ale je tvořena pohybem rotoru.

Zařízení

Než porozumíte zařízení, měli byste znát hlavní součásti motoru s otočným pístem. Wankelův motor se skládá z:

• skříň statoru;
• rotor;
• sada rychlostních stupňů;
• excentrický hřídel;
• zapalovací svíčky (zapalování a dodatečné spalování).

Rotační motor je spalovací jednotka. V tomto motoru se všechny 4 pracovní tahy vyskytují v plném rozsahu, avšak pro každou fázi existuje vlastní komora, která je tvořena rotorem rotujícím pohybem. 

Po zapnutí zapalování startér otočí setrvačník a motor se spustí. Rotující rotor prostřednictvím koruny převodovky přenáší točivý moment na excentrický hřídel (u pístového motoru se jedná o vačkový hřídel). 

Výsledkem práce Wankelova motoru by mělo být vytvoření tlaku pracovní směsi, nutící rotační pohyby rotoru, aby se znovu a znovu opakovaly a přenášely točivý moment na převodovku. 

V tomto motoru nahrazují válce, písty, klikový hřídel s ojnicemi celé těleso statoru rotorem. Díky tomu je objem motoru výrazně snížen, zatímco výkon je mnohonásobně vyšší než u klasického motoru se klikovým mechanismem se stejným objemem. Tato konstrukce má vysokou převodovku také kvůli nízkým ztrátám třením.

Mimochodem, provozní otáčky motoru mohou překročit 7000 ot / min, zatímco motory Mazda Wankel (pro sportovní soutěže) překročí 10000 XNUMX ot / min. 

Design

Jednou z hlavních výhod tohoto agregátu je jeho kompaktnost a nižší hmotnost ve srovnání s klasickými motory stejné velikosti. Rozložení umožňuje výrazně snížit těžiště a to příznivě ovlivňuje stabilitu a ostrost ovládání. Této výhody využívala a stále využívá malá letadla, sportovní vozy a motorová vozidla. 

Příběh

Historie vzniku a šíření Wankelova motoru vám umožní lépe pochopit, proč to byl nejlepší motor své doby a proč byl dnes opuštěn.

Časný vývoj

V roce 1951 německá společnost NSU Motorenwerke vyvinula dva motory: první - Felix Wankel, pod názvem DKM, a druhý - KKM Hanse Paschkeho (založený na vývoji Wankel). 

Základem činnosti Wankelovy jednotky byla samostatná rotace těla a rotoru, díky čemuž provozní otáčky dosáhly 17000 XNUMX za minutu. Nevýhodou bylo, že za účelem výměny zapalovacích svíček bylo nutné demontovat motor. Motor KKM však měl pevnou karoserii a jeho konstrukce byla mnohem jednodušší než u hlavního prototypu.

Vydané licence

V roce 1960 podepsala NSU Motorenwerke dohodu s americkou výrobní společností Curtiss-Wright Corporation. Smlouvou bylo, aby se němečtí inženýři zaměřili na vývoj malých rotačních pístových motorů pro lehká vozidla, zatímco Američan Curtis-Wright se zabýval vývojem leteckých motorů. Německý strojní inženýr Max Bentele byl také najat jako designér. 

Drtivá většina světových výrobců automobilů, včetně Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda a mnoho dalších. V roce 1959 představila americká společnost vylepšenou verzi Wankelova motoru a o rok později britský Rolls Royce ukázal svůj dvoustupňový naftový rotační pístový motor.

Mezitím se některé evropské automobilky začaly snažit vybavit vozy novými motory, ale ne všechny našly uplatnění: GM odmítl, Citroen se zaměřil na vývoj motoru s protipísty pro letadla a Mercedes-Benz nainstaloval rotační pístový motor v experimentálním modelu C 111. 

V roce 1961 zahájila společnost NAMI v Sovětském svazu spolu s dalšími výzkumnými ústavy vývoj Wankelova motoru. Bylo navrženo mnoho možností, jedna z nich našla uplatnění ve voze VAZ-2105 pro KGB. Přesný počet sestavených motorů není znám, ale nepřesahuje několik desítek. 

Mimochodem, po letech našla uplatnění pro motor s rotačními písty skutečně jen automobilka Mazda. Nápadným příkladem toho je model RX-8.

Vývoj motocyklů

V Británii vyvinul výrobce motocyklů Norton Motorcycles vzduchem chlazený rotační pístový motor Sachs pro motorová vozidla. Další informace o vývoji se dozvíte v článku o motocyklu Hercules W-2000.

Suzuki nestála stranou a také vydala vlastní motocykl. Inženýři však pečlivě vypracovali konstrukci motoru, použili feroslitinu, což výrazně zvýšilo spolehlivost a životnost jednotky.

Vývoj pro automobily

Po podepsání smlouvy o výzkumu mezi Mazdou a NSU začaly společnosti soutěžit o prvenství ve výrobě prvního vozu s wankelovskou jednotkou. Jako výsledek, v roce 1964, NSU představila svůj první vůz, NSU Spider, v reakci na to Mazda představila prototyp 2 a 4-rotorových motorů. Po 3 letech vydala společnost NSU Motorenwerke model Ro 80, ale kvůli četným selháním na pozadí nedokonalého designu získala mnoho negativních recenzí. Tento problém byl vyřešen až v roce 1972 a společnost po 7 letech pohltilo Audi a wankelovské motory se již proslavily.

Japonský výrobce Mazda oznámil, že jejich inženýři vyřešili problém utěsnění horní části (kvůli těsnosti mezi komorami), začali používat motory nejen ve sportovních vozech, ale také v užitkových vozidlech. Mimochodem, majitelé automobilů Mazda s rotačním motorem zaznamenali vysokou odezvu na plyn a pružnost motoru.

Mazda později upustila od masivního zavedení pokročilého motoru a instalovala ho pouze na modely RX-7 a RX-8. Pro RX-8 byl vyvinut motor Renesis, který byl vylepšen mnoha způsoby, a to:

• posunuté výdechové otvory pro lepší odkalování, což výrazně zvýšilo výkon;
• přidány některé keramické části, aby se zabránilo tepelnému zkreslení;
• dobře promyšlený elektronický systém řízení motoru;
• přítomnost dvou zapalovacích svíček (hlavní a pro přídavné spalování);
• přidání vodního pláště k odstranění uhlíkových usazenin na výstupu.

Díky tomu byl získán kompaktní motor s objemem 1.3 litru a výkonem přibližně 231 koní.

Výhody

Hlavní výhody rotačního pístového motoru:

1. Jeho nízká hmotnost a rozměry, které přímo ovlivňují základ konstrukce automobilu. Tento faktor je důležitý při konstrukci sportovního vozu s nízkým těžištěm.
2. Méně podrobností. To vám nejen umožňuje snížit náklady na údržbu motoru, ale také snížit ztráty energie při pohybu nebo otáčení souvisejících částí. Tento faktor přímo ovlivnil vysokou účinnost.
3. Při stejném objemu jako klasický pístový motor je výkon rotačního pístového motoru 2-3krát vyšší.
4. Hladkost a pružnost práce, absence hmatatelných vibrací díky skutečnosti, že nedochází k vratným pohybům hlavních jednotek.
5. Motor může být poháněn nízkooktanovým benzínem.
6. Široký rozsah provozních rychlostí umožňuje použití převodovky s kratšími rychlostmi, což je pro městské podmínky mimořádně výhodné.
7. „Police“ krouticího momentu je poskytována na ⅔ cyklu, a ne na čtvrtinu, jako u motoru Otto.
8. Motorový olej není prakticky znečištěný, interval výměny je mnohonásobně delší. Zde olej nepodléhá spalování, stejně jako u pístových motorů k tomuto procesu dochází prostřednictvím kroužků.
9. Nedochází k detonaci.

Mimochodem, bylo prokázáno, že i když je tento motor na pokraji zdroje, spotřebovává hodně oleje, pracuje při nízké kompresi, jeho výkon se mírně sníží. Právě tato výhoda mě podplatila k instalaci rotačního pístového motoru do letadla.

Spolu s působivými výhodami existují i ​​nevýhody, které bránily vyspělému motoru s rotačními písty dosáhnout hmot.

 Omezení

1. Proces spalování není dostatečně efektivní, kvůli čemuž se zvyšuje spotřeba paliva a zhoršují se normy toxicity. Problém je částečně vyřešen přítomností druhé zapalovací svíčky, která spaluje pracovní směs.
2. Vysoká spotřeba oleje. Nevýhodou je skutečnost, že Wankelovy motory jsou nadměrně mazány a na některých místech může někdy dojít k vyhoření oleje. Ve spalovacích zónách je nadbytek oleje, což vede k hromadění uhlíku. Pokusili se tento problém vyřešit instalací „tepelných“ trubek, které zlepšují přenos tepla a vyrovnávají teplotu oleje v celém motoru.
3. Obtížnost opravy. Ne všichni odborníci jsou připraveni profesionálně převzít opravu Wankelova motoru. Strukturálně není jednotka komplikovanější než klasický motor, ale existuje spousta nuancí, jejichž nedodržení povede k předčasnému selhání motoru. K tomu přidáváme vysoké náklady na opravy.
4. Nízký zdroj. Pro majitele Mazdy RX-8 znamená najetých kilometrů 80 000 km čas na zásadní opravu. Za takovou kompaktnost a vysokou účinnost je bohužel nutné platit nákladnými a složitými opravami každých 80–100 tisíc kilometrů.

Otázky a odpovědi:

Jaký je rozdíl mezi rotačním motorem a pístovým motorem? V rotačním motoru nejsou žádné písty, což znamená, že k otáčení hřídele spalovacího motoru nejsou využívány vratné pohyby - rotor se v ní okamžitě otáčí.

Co je to rotační motor v autě? Jedná se o tepelnou jednotku (funguje díky spalování směsi vzduch-palivo), pouze využívá rotující rotor, na kterém je upevněna hřídel, která jde do převodovky.

Proč je rotační motor tak špatný? Hlavní nevýhodou rotačního motoru je velmi malý pracovní zdroj v důsledku rychlého opotřebení těsnění mezi spalovacími komorami jednotky (pracovní úhel se neustále mění a konstantní teplota klesá).