Двигател на Ванкел: устройство, принцип на действие

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-19 12:27

Двигателят с вътрешно горене е брилянтно изобретение на човечеството. Благодарение на двигателя с вътрешно горене техническият прогрес започна да се развива значително. Има няколко вида на тези настройки. Но най-известните са биел и бутало и ротационно бутало. Последният е изобретен от немския инженер Ванкел в сътрудничество с Валтер Фройде. Този захранващ агрегат има различно устройство и принцип на действие в сравнение с класическия биел-бутален двигател с вътрешно горене. Какъв е принципът на работа на двигателя на Ванкел и защо този двигател с вътрешно горене не е станал толкова популярен? Ще разгледаме всичко това в днешната ни статия.

Характеристика

И така, какъв е този мотор? Това е двигател с вътрешно горене, разработен от Феликс Ванкел през 1957 г. Функцията на буталото в този агрегат се изпълняваше от ротор с три върха. Завъртя се вътре в специално оформена кухина.

След редица експериментални модели мотоциклети и автомобили, възникнали през 70-те години на миналия век, търсенето на двигателя на Ванкел е намаляло значително. Въпреки че днес редица компании все още работятподобрение на този двигател. И така, можете да срещнете двигателя на Ванкел в серията Mazda PX. Също така, това устройство е намерило своето приложение в моделирането.

Устройство на двигателя на Ванкел

Този захранващ блок се състои от няколко компонента:

• Калъфи (статори).
• Горивни камери.
• Входни и изходни портове.
• Стационарна предавка.
• Зъбно колело.
• Ротор.
• Vala.
• Свещи.

Какъв е принципът на работа на двигателя на Ванкел? Ще разгледаме това по-долу.

Принцип на работа

Този ICE работи по следния начин. Роторът, монтиран на ексцентричен вал чрез лагери, се задвижва от силата на налягането на газа, което се образува в резултат на изгарянето на сместа въздух-гориво. Роторът на двигателя спрямо статора чрез двойка зъбни колела. Един от тях (голям) се намира на вътрешната повърхност на ротора. Втората (подпора) е по-малка и е плътно прикрепена към страничния капак на двигателя. Чрез взаимодействието на зъбните колела роторът произвежда ексцентрични кръгови движения. Така ръбовете му са в контакт с вътрешната повърхност на горивната камера.

В резултат на това се образуват няколко изолирани камери с променлив обем между корпуса на двигателя и ротора. Техният брой винаги е 3. В тези камери се извършва процесът на компресиране на сместа, нейното изгаряне, разширяване на газове (които впоследствие оказват натиск върху работната повърхност на ротора) и тяхното отстраняване. Като резултатзапалване на горивото, роторът се задвижва, прехвърляйки въртящия момент към ексцентричния вал. Последният е монтиран на лагери и след това предава мощност към трансмисионните възли. И едва тогава моментът на силите на двигателя на Ванкел отива към колелата по класическата схема - през карданно задвижване и осови валове към главините. По този начин няколко механични двойки работят едновременно в ротационен двигател. Първият е отговорен за движението на ротора и се състои от няколко предавки. Второто de преобразува движението на ротора в обороти на ексцентричния вал.

Предавателното отношение на статора (корпуса) и предавките е винаги стабилно и е 3:2. По този начин роторът има време да се завърти за пълен оборот на вала на 120 градуса. От своя страна, за пълен оборот на ротора, се извършва четиритактов цикъл на работа на двигателя с вътрешно горене във всяка от трите камери, образувани от лицата.

Предимства

Какви са предимствата на този двигател с вътрешно горене? Роторно-буталният двигател на Ванкел има по-опростен дизайн от двигателя на буталния прът. И така, броят на частите в него е с 40 процента по-малък, отколкото в бутален четиритактов двигател с вътрешно горене. Но все пак не е възможно да създадете двигател на Ванкел със собствените си ръце без сложно оборудване. В крайна сметка роторът има много сложна форма. Тези, които са се опитали да направят домашен двигател на Ванкел със собствените си ръце, са претърпели множество неуспехи.

Но нека да продължим с предимствата. В конструкцията на ротационния блок няма колянов вал, газоразпределителен механизъм. Също така няма свързващи пръти ибутала. Горимата смес влиза в камерата през входния прозорец, който се отваря от ръба на ротора. А отработените газове в края на работния цикъл се освобождават от тялото през изпускателния отвор. Отново ролята на клапана тук се изпълнява от ръба на самия ротор. Също така в дизайна няма разпределителен вал (от които няколко сега се използват за свързващи елементи). Роторно-буталният двигател на Ванкел е подобен на двутактовия по отношение на принципа на действие на газоразпределителния механизъм.

Отделно си струва да споменем системата за смазване. Всъщност той отсъства в ротационния двигател на Ванкел. Но как тогава работят триещите се двойки? Просто е: маслото се добавя към самата горима смес (както при примитивните двигатели на мотоциклети). По този начин смазването на триещите се части се извършва от самата смес въздух-гориво. В дизайна липсва познатата на всички маслена помпа, която взема смазката от картера и я пръска под специално налягане.

Друго предимство на двигателя на Ванкел е лекото му тегло и размер. Тъй като тук липсват почти половината от частите, които са задължителни при буталните двигатели, ротационният агрегат е по-компактен и може да се побере във всеки двигателен отсек. компактните размери ви позволяват да използвате пространството на двигателното отделение по-рационално, както и осигуряват по-равномерно натоварване на предната и задната ос (в края на краищата при автомобили с конвенционални двигатели повече от 70 процента от натоварването пада върху предната част част). А поради ниското тегло се постига висока стабилност. Да, двигателят имаминимално ниво на вибрации, което има положителен ефект върху комфорта на машината.

Следващият плюс на този уред е високата специфична мощност, която се постига при високи скорости на вала. Тази функция ви позволява да постигнете добри технически характеристики. Ето защо двигателят Wankel се използва в спортните автомобили Mazda. Двигателят лесно се върти до седем или повече хиляди оборота. В същото време осигурява много повече въртящ момент и мощност при малък обем. Всичко това има положителен ефект върху ускоряващата динамика на автомобила. Например, можете да вземете колата "Mazda RX-8". С обем от 1,3 литра, моторът произвежда 210 конски сили.

Недостатъци в дизайна

Като се има предвид устройството и принципа на работа на ротационния двигател на Ванкел, си струва да се отбележи основният недостатък на дизайна. Това е ниската ефективност на уплътненията на пролуката между горивната камера и ротора. Последният има доста сложна форма, която изисква надеждно уплътняване не само по ръбовете (от които общо има четири), но и по страничната повърхност (които са в контакт с капака на двигателя). В същото време се изработват под формата на стоманени пружинирани ленти с особено прецизна обработка както от краищата, така и от работните повърхности. Всички допускания за разширение по време на нагряване, включени в проекта, влошават тези характеристики. Поради това е невъзможно да се избегне пробива на газове в крайните места на уплътнителните плочи. При буталните двигатели се прилага ефектът на лабиринта. Така че дизайнът използва три уплътнителни пръстена с пролуки в различни посоки.

Но си струва да се отбележи, че през последните години качеството на тюлените се е повишило. Дизайнерите са подобрили двигателя на Ванкел, като са използвали нови материали за уплътненията. Но все пак пробивът на газ се счита за най-слабата точка в ротационния двигател с вътрешно горене.

Разход на масло

Както казахме по-рано, в този двигател няма система за смазване като такава. Поради факта, че маслото влиза заедно с горимата смес, консумацията му се увеличава значително. И ако при двигателите с прътове естествената загуба на смазка е изключена или е не повече от 100 грама на 1 хиляда километра, то при ротационни двигатели този параметър варира от 0,4 до 1 литър на хиляда километра. Това е така, защото сложната система за уплътняване изисква по-ефективно смазване на повърхностите. Също така, поради високата консумация на масло, тези двигатели не могат да отговарят на съвременните екологични стандарти. Изгорелите газове на автомобили с двигател на Ванкел съдържат много вещества, опасни за тялото и околната среда.

Освен това, ротационният двигател може да работи само с висококачествени и скъпи масла. Това се дължи на няколко фактора:

• Тенденция на контакт на части от камерата на двигателя и ротора към силно износване.
• Тенденцията на триещите се двойки към прегряване.

Други проблеми

Нередовните смени на маслото заплашваха да намалят живота на двигателя с вътрешно горене, тъй като частиците на старата смазка действаха като абразив, увеличавайки пролуките и вероятността от пробив на отработените газове в камерата. Това устройство също се заклинва при прегряване. И когато шофирате в студено време,охлаждането може да е било прекомерно.

Самият RPD има по-висока работна температура от всеки бутален двигател. Горивната камера се счита за най-натоварена. има малък обем. И поради удължената форма, камерата е податлива на детонация. В допълнение към маслото, двигателят на Ванкел е взискателен към качеството на свещите. Монтират се по двойки и се сменят стриктно съгласно техническите разпоредби. Наред с други точки, заслужава да се отбележи недостатъчната еластичност на ротационния двигател. Така че тези двигатели с вътрешно горене могат да произвеждат отлични характеристики на скоростта и мощността само при високи обороти на ротора - от 6 до 10 или повече хиляди в минута. Тази функция принуждава дизайнерите да прецизират дизайна на скоростните кутии, което ги прави многостепенни.

Друг недостатък е високият разход на гориво. Например, ако вземете 1,3-литров ротационен бутален двигател Mazda RX-8, според паспортните данни той изразходва от 14 до 18 литра гориво. Освен това се препоръчва за употреба само високооктанов бензин.

За прилагането на RPD в автомобилната индустрия

Този двигател е бил най-популярен в края на 60-те и началото на 70-те години на миналия век. Патентът Wankel RPD е придобит от 11 водещи автомобилни производители. И така, през 67-та година NSU разработи първия автомобил от бизнес класа с ротационен двигател, който беше наречен NSU RO 80. Този модел се произвеждаше масово в продължение на 10 години. Общо бяха пуснати повече от 37 хиляди копия. Колата беше популярна, но недостатъците на ротационния двигател в крайна сметка опетниха репутацията на тази кола. На фона на другитеОт моделите на NSU, седанът NSU RO 80 беше най-ненадеждният. Пробегът преди основен ремонт беше само 50 хиляди с декларираните 100.

Също така концернът Peugeot-Citroen, компанията Mazda и заводът VAZ експериментираха с ротационни двигатели (за този случай ще говорим отделно по-долу). Японците постигнаха най-голям успех, като пуснаха лек автомобил с ротационен двигател през 63-та година. В момента японците все още оборудват RPD на своите спортни автомобили от серия RX. И до ден днешен те са свободни от много от "детските болести", които са били присъщи на RAP от онова време.

Wankel RPD и мотоциклетната индустрия

През 70-те и 80-те години на миналия век някои производители на мотоциклети експериментираха с ротационни двигатели. Това са Херкулес и Сузуки. Сега масовото производство на ротационни мотоциклети е установено само в Norton. Тази марка произвежда спортни мотоциклети NRV588, оборудвани с двигатели с два ротора с общ обем от 588 кубически сантиметра. Мощността на мотора Norton е 170 конски сили. със собствено тегло от 130 килограма, този мотоциклет има отлични динамични характеристики. Освен това тези RPD са оборудвани с електронна система за впръскване на гориво и променлив всмукателен тракт.

Интересни факти

Тези силови агрегати са широко използвани сред авиомоделистите. Тъй като в модела двигател с вътрешно горене няма изисквания за ефективност и надеждност, производството на такива двигатели се оказа евтино. В такива двигатели с вътрешно горене изобщо няма уплътнения на ротора или имат най-примитивен дизайн. Основното предимство на товаЕдиницата на модела на самолет е, че е лесна за инсталиране в летящ мащабен модел. ICE е лек и компактен.

Още един факт: Феликс Ванкел, след като получи патент за RPD през 1936 г., стана изобретател не само на ротационни двигатели, но и на компресори, както и на помпи, работещи по същата схема. Такива единици могат да бъдат намерени в сервизите и в производството. Между другото, преносимите електрически помпи за надуване на гуми са проектирани точно според този принцип.

Автомобили RPD и VAZ

В съветско време те също се занимаваха със създаването на ротационен бутален двигател и инсталирането му на домашни автомобили VAZ. И така, първият RPD в СССР беше двигателят VAZ-311 с мощност 70 конски сили. Създаден е на базата на японския блок 13V. Но тъй като създаването на двигателя беше извършено по нереалистични планове, агрегатът се оказа ненадежден след пускането му в масово производство. Първата кола с този двигател беше VAZ-21018.

Но историята с инсталирането на двигателя на Ванкел на VAZ не свършва дотук. Вторият поред беше силовият агрегат VAZ-415, който се използва в малки партиди на G8 през 80-те години. Този силов агрегат имаше по-добри технически характеристики. Мощността с обем от 1308 кубически сантиметра се увеличи до 150 конски сили. Благодарение на това съветският ВАЗ-2108 с ротационен двигател се ускори до стотици за 9 секунди. А максималната скорост беше ограничена до 190 километра в час. Но този двигател не беше без недостатъци. По-специално, това е малък ресурс. Едва стигна до 80 хилядикилометри. Също така сред минусите си струва да се отбележи високата цена на създаването на такъв автомобил. Разходът на масло беше 700 грама на всеки хиляда километра. Разходът на гориво е около 20 литра на сто. Поради това ротационният модул се използва само в превозни средства на специални служби, на малки партиди.

Заключение

Така че разбрахме какво е двигателят на Ванкел. Този въртящ се агрегат сега се използва серийно само на автомобили Mazda и само на един модел. Въпреки многобройните подобрения и опити на японски инженери да подобрят дизайна на RPD, той все още има доста малък ресурс и се характеризира с висока консумация на масло. Също така новите 1,3-литрови Mazda не се различават по ефективност на горивото. Всички тези недостатъци на ротационния двигател го правят непрактичен и недостатъчно използван в автомобилната индустрия.