Wankelův motor: zařízení, princip činnosti

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-19 13:00

Spalovací motor je skvělý vynález lidstva. Díky spalovacímu motoru se začal výrazně rozvíjet technický pokrok. Existuje několik typů těchto nastavení. Ale nejznámější jsou ojnice a píst a rotační píst. Poslední jmenovaný vynalezl německý inženýr Wankel ve spolupráci s W alterem Freudem. Tato pohonná jednotka má ve srovnání s klasickým spalovacím motorem ojnice s pístem jiné zařízení a princip činnosti. Jaký je princip fungování Wankelova motoru a proč se tento spalovací motor nestal tak populární? To vše zvážíme v našem dnešním článku.

Charakteristika

Co je to tedy za motor? Jedná se o spalovací motor, který vyvinul Felix Wankel v roce 1957. Funkci pístu u této jednotky plnil třívertexový rotor. Otáčel se uvnitř speciálně tvarované dutiny.

Po řadě experimentálních modelů motocyklů a automobilů, ke kterým došlo v 70. letech minulého století, poptávka po Wankelově motoru výrazně poklesla. I když dnes řada společností stále pracuje navylepšení tohoto motoru. S Wankelovým motorem se tedy můžete setkat u řady Mazda PX. Také tato jednotka našla své uplatnění v modelingu.

Zařízení Wankelova motoru

Tato pohonná jednotka se skládá z několika součástí:

• Pouzdra (statory).
• Spalovací komory.
• Vstupní a výstupní porty.
• Stacionární zařízení.
• Ozubené kolo.
• Rotor.
• Vala.
• Zapalovací svíčky.

Jaký je princip fungování Wankelova motoru? Na to se podíváme níže.

Funkční princip

Tento ICE funguje následovně. Rotor, uložený na excentrickém hřídeli přes ložiska, je poháněn silou tlaku plynu, který vznikl v důsledku spalování směsi vzduch-palivo. Rotor motoru vzhledem ke statoru přes pár ozubených kol. Jeden z nich (velký) je umístěn na vnitřní ploše rotoru. Druhá (podpora) je menší a je pevně připevněna k bočnímu krytu motoru. Prostřednictvím vzájemného působení ozubených kol vytváří rotor excentrické kruhové pohyby. Jeho okraje jsou tedy v kontaktu s vnitřním povrchem spalovací komory.

V důsledku toho se mezi skříní motoru a rotorem vytvoří několik izolovaných komor s proměnným objemem. Jejich počet je vždy 3. V těchto komorách probíhá proces stlačování směsi, její spalování, expanze plynů (které následně vyvíjejí tlak na pracovní plochu rotoru) a jejich odvod. Jako výsledekzapálením paliva je rotor poháněn a přenáší točivý moment na excentrický hřídel. Ten je uložen na ložiskách a poté přenáší výkon na převodové jednotky. A teprve potom jde moment sil Wankelova motoru na kola podle klasického schématu - přes kardanový pohon a nápravové hřídele k nábojům. V rotačním motoru tak pracuje několik mechanických párů současně. První je zodpovědný za pohyb rotoru a skládá se z několika ozubených kol. Druhý de převádí pohyb rotoru na otáčky excentrického hřídele.

Převodový poměr statoru (pouzdra) a ozubených kol je vždy stabilní a je 3:2. Rotor má tedy čas otočit se na celou otáčku hřídele o 120 stupňů. Na druhou stranu, po celou otáčku rotoru se v každé ze tří komor tvořených čely provede čtyřdobý cyklus činnosti spalovacího motoru.

Výhody

Jaké jsou výhody tohoto spalovacího motoru? Wankelův motor s rotačními písty má jednodušší konstrukci než motor s pístnicí. Počet dílů v něm je tedy o 40 procent menší než v pístovém čtyřdobém spalovacím motoru. Ale přesto není možné vytvořit Wankelův motor vlastníma rukama bez sofistikovaného vybavení. Koneckonců, rotor má velmi složitý tvar. Ti, kteří se pokoušeli vyrobit vlastními rukama Wankelův motor, utrpěli četná selhání.

Ale pojďme k výhodám. V konstrukci rotační jednotky není klikový hřídel, mechanismus distribuce plynu. Také zde nejsou žádné spojovací tyče apísty. Spalitelná směs vstupuje do komory vstupním okénkem, které se otevírá okrajem rotoru. A výfukové plyny se na konci pracovního cyklu uvolňují z těla přes výfukový otvor. Roli ventilu zde opět plní samotný okraj rotoru. V konstrukci také není žádný vačkový hřídel (kterých se nyní několik používá na jednotkách ojnice). Wankelův motor s rotačními písty je z hlediska principu fungování mechanismu distribuce plynu podobný dvoudobému motoru.

Samostatně stojí za zmínku systém mazání. Ve Wankelově rotačním motoru ve skutečnosti chybí. Ale jak potom fungují třecí páry? Je to jednoduché: olej se přidává do samotné hořlavé směsi (jako u primitivních motocyklových motorů). Mazání třecích částí je tedy prováděno samotnou směsí vzduchu a paliva. Konstrukce postrádá všem známé olejové čerpadlo, které odebírá mazivo z jímky a rozprašuje jej pod speciálním tlakem.

Další výhodou Wankelova motoru je jeho nízká hmotnost a velikost. Jelikož zde chybí téměř polovina dílů, které jsou u pístových motorů povinné, je rotační agregát kompaktnější a vejde se do každého motorového prostoru. kompaktní rozměry umožňují racionálnější využití prostoru motorového prostoru a také rovnoměrnější zatížení přední a zadní nápravy (koneckonců u vozů s konvenčními motory připadá více než 70 procent zatížení na přední nápravu část). A díky nízké hmotnosti je dosaženo vysoké stability. Ano, motor máminimální úroveň vibrací, což má pozitivní vliv na pohodlí stroje.

Další výhodou této jednotky je vysoký měrný výkon, kterého je dosaženo při vysokých otáčkách hřídele. Tato funkce umožňuje dosáhnout dobrých technických vlastností. To je důvod, proč se Wankelův motor používá ve sportovních vozech Mazda. Motor se bez problémů roztočí až na sedm i více tisíc otáček. Zároveň poskytuje mnohem více točivého momentu a výkonu při malém objemu. To vše má pozitivní vliv na akcelerační dynamiku vozu. Můžete si například vzít auto "Mazda RX-8". S objemem 1,3 litru produkuje motor 210 koňských sil.

Designové chyby

Vzhledem k zařízení a principu činnosti Wankelova rotačního motoru stojí za zmínku hlavní konstrukční nedostatek. Tím je nízká účinnost těsnění mezer mezi spalovací komorou a rotorem. Ten má poměrně složitý tvar, který vyžaduje spolehlivé utěsnění nejen podél okrajů (které jsou celkem čtyři), ale také podél boční plochy (které jsou v kontaktu s krytem motoru). Zároveň jsou vyrobeny ve formě ocelových odpružených pásů s obzvláště přesným zpracováním jak z konců, tak z pracovních ploch. Všechny přídavky na roztažnost během ohřevu, zahrnuté v návrhu, zhoršují tyto vlastnosti. Z tohoto důvodu není možné zabránit průniku plynů v koncových místech těsnicích desek. U pístových motorů se uplatňuje labyrintový efekt. Konstrukce tedy používá tři těsnicí kroužky s mezerami v různých směrech.

Stojí však za zmínku, že v posledních letech se kvalita těsnění zvýšila. Konstruktéři vylepšili Wankelův motor použitím nových materiálů pro těsnění. Přesto je průlom plynu považován za nejslabší místo v rotačním spalovacím motoru.

Spotřeba oleje

Jak jsme již řekli dříve, tento motor nemá žádný mazací systém jako takový. Vzhledem k tomu, že olej vstupuje spolu s hořlavou směsí, jeho spotřeba se výrazně zvyšuje. A pokud je u motorů ojnice přirozená ztráta maziva vyloučena nebo není větší než 100 gramů na 1 000 kilometrů, pak se u rotačních motorů tento parametr pohybuje od 0,4 do 1 litru na tisíc kilometrů. Složitý těsnící systém totiž vyžaduje účinnější mazání povrchů. Také kvůli vysoké spotřebě oleje nemohou tyto motory splňovat moderní ekologické normy. Výfukové plyny automobilů s Wankelovým motorem obsahují mnoho látek nebezpečných pro tělo a životní prostředí.

Kromě toho mohl rotační motor běžet pouze na vysoce kvalitní a drahé oleje. Je to způsobeno několika faktory:

• Tendence kontaktu částí komory motoru a rotoru k vysokému opotřebení.
• Tendence třecích párů se přehřívat.

Jiné problémy

Nepravidelné výměny oleje hrozily snížením životnosti spalovacího motoru, protože částice starého maziva působily jako abrazivo, zvětšovaly mezery a pravděpodobnost průniku výfukových plynů do komory. Tato jednotka se také zaklíní při přehřátí. A při jízdě v chladném počasí,chlazení mohlo být nadměrné.

Samotný RPD má vyšší provozní teplotu než jakýkoli pístový motor. Spalovací komora je považována za nejvíce zatíženou. má malý objem. A kvůli prodlouženému tvaru je komora náchylná k detonaci. Wankelův motor je kromě oleje náročný na kvalitu svíček. Instalují se v párech a mění se přísně podle technických předpisů. Mimo jiné stojí za zmínku nedostatečná elasticita rotačního motoru. Takže tyto spalovací motory mohou produkovat vynikající rychlostní a výkonové charakteristiky pouze při vysokých otáčkách rotoru - od 6 do 10 nebo více tisíc za minutu. Tato funkce nutí konstruktéry vylepšovat konstrukci převodovek, aby byly vícestupňové.

Další nevýhodou je vysoká spotřeba paliva. Pokud například vezmete 1,3litrový motor Mazda RX-8 s rotačními písty, podle pasových údajů spotřebuje 14 až 18 litrů paliva. Navíc se doporučuje používat pouze vysokooktanový benzín.

O aplikaci RPD v automobilovém průmyslu

Tento motor byl nejpopulárnější koncem 60. a začátkem 70. let minulého století. Wankelův patent RPD získalo 11 předních výrobců automobilů. V 67. roce tedy NSU vyvinulo první automobil business třídy s rotačním motorem, který se jmenoval NSU RO 80. Tento model se sériově vyráběl 10 let. Celkem bylo vydáno více než 37 tisíc kopií. Vůz byl oblíbený, ale nedostatky rotačního motoru nakonec pošramotily pověst tohoto vozu. Na pozadí ostatníchModely NSU, sedan NSU RO 80 byl nejspolehlivější. Najeto před generální opravou bylo pouze 50 tisíc s deklarovanými 100.

S rotačními motory experimentoval také koncern Peugeot-Citroen, společnost Mazda a závod VAZ (o tomto případu budeme hovořit samostatně níže). Největšího úspěchu dosáhli Japonci vydáním osobního vozu s rotačním motorem v 63. roce. V současné době Japonci stále vybavují RPD na svých sportovních vozech řady RX. Dodnes jsou bez mnoha „dětských nemocí“, které byly vlastní RAP té doby.

Wankel RPD a motocyklový průmysl

V 70. a 80. letech minulého století někteří výrobci motocyklů experimentovali s rotačními motory. Jsou to Herkules a Suzuki. Nyní byla sériová výroba rotačních motocyklů zavedena pouze v Nortonu. Tato značka vyrábí sportovní kola NRV588 vybavená dvourotorovými motory o celkovém objemu 588 kubických centimetrů. Výkon kola Norton je 170 koní. s pohotovostní hmotností 130 kilogramů má tento motocykl vynikající dynamický výkon. Navíc jsou tyto RPD vybaveny elektronickým systémem vstřikování paliva a variabilním sacím traktem.

Zajímavá fakta

Tyto pohonné jednotky jsou široce používány mezi leteckými modeláři. Protože u modelového spalovacího motoru nejsou žádné požadavky na účinnost a spolehlivost, výroba takových motorů se ukázala jako levná. V takovýchto spalovacích motorech nejsou vůbec žádná těsnění rotoru, nebo mají nejprimitivnější konstrukci. Hlavní výhoda tohotoJednotka modelu letadla spočívá v tom, že se snadno instaluje do létajícího modelu. ICE je lehký a kompaktní.

Ještě jeden fakt: Felix Wankel, který získal patent na RPD v roce 1936, se stal vynálezcem nejen rotačních motorů, ale také kompresorů a také čerpadel, která fungovala podle stejného schématu. Takové jednotky lze nalézt v opravnách a ve výrobě. Mimochodem, přenosné elektrické pumpy na huštění pneumatik jsou navrženy přesně podle tohoto principu.

auta RPD a VAZ

V sovětských dobách se také zabývali vytvořením motoru s rotačním pístem a jeho instalací na domácí vozy VAZ. Takže prvním RPD v SSSR byl motor VAZ-311 s kapacitou 70 koňských sil. Byl vytvořen na základě japonské jednotky 13V. Ale protože vytvoření motoru bylo provedeno podle nereálných plánů, jednotka se po uvedení do sériové výroby ukázala jako nespolehlivá. První vůz s tímto motorem byl VAZ-21018.

Tím ale příběh instalace Wankelova motoru na VAZ nekončí. Druhou v pořadí byla pohonná jednotka VAZ-415, která se v 80. letech používala v malých sériích na G8. Tato pohonná jednotka měla lepší technické vlastnosti. Výkon o objemu 1308 kubických centimetrů vzrostl na 150 koní. Díky tomu sovětský VAZ-2108 s rotačním motorem zrychlil na stovky za 9 sekund. A maximální rychlost byla omezena na 190 kilometrů za hodinu. Tento motor ale nebyl bez chyb. Zejména se jedná o malý zdroj. Sotva dosáhl 80 tisíckilometrů. Mezi mínusy také stojí za zmínku vysoké náklady na vytvoření takového vozu. Spotřeba oleje byla 700 gramů na každých tisíc kilometrů. Spotřeba paliva je asi 20 litrů na sto. Proto byla rotační jednotka používána pouze na vozidlech speciálních služeb, v malých sériích.

Závěr

Takže jsme přišli na to, co je Wankelův motor. Tato rotační jednotka se nyní sériově používá pouze u vozů Mazda a to pouze u jednoho modelu. Navzdory četným vylepšením a pokusům japonských inženýrů zlepšit konstrukci RPD má stále poměrně malý zdroj a vyznačuje se vysokou spotřebou oleje. Také nové 1,3litrové Mazdy se neliší ve spotřebě paliva. Všechny tyto nedostatky činí rotační motor nepraktickým a málo používaným v automobilovém průmyslu.