Ванкелов двигател - устройството и принципа на работа на автомобила RPD

През цялата история на автомобилната индустрия има много модерни решения, дизайнът на компонентите и възлите се променя. Преди повече от 30 години започнаха активни опити за изместване на буталния двигател встрани, което даде предимство на ротационно-буталния двигател на Ванкел. Поради много обстоятелства обаче роторните двигатели не получиха правото си на живот. Прочетете за всичко това по-долу.

Принцип на действие

Роторът има триъгълна форма, от всяка страна има изпъкнала форма, която действа като бутало. Всяка страна на ротора има специални вдлъбнатини, които осигуряват повече място за сместа гориво-въздух, като по този начин увеличават работната скорост на двигателя. Горната част на ръбовете е снабдена с малка уплътняваща преграда, която улеснява изпълнението на всеки ритъм. Роторът е оборудван от двете страни с уплътнителни пръстени, които оформят стената на камерите. Средата на ротора е снабдена със зъби, с помощта на които механизмът се върти.

Принципът на работа на двигателя на Ванкел е напълно различен от класическия, но те са обединени от един процес, състоящ се от 4 хода (всмукване-компресия-работен удар-изпускане). Горивото влиза в първата оформена камера, компресира се във втората, след това роторът се върти и компресираната смес се запалва от запалителната свещ, след което работната смес завърта ротора и излиза към изпускателния колектор. Основният отличителен принцип е, че при ротационен бутален двигател работната камера не е статична, а се формира от движението на ротора.

приспособление

Преди да разберете устройството, трябва да знаете основните компоненти на ротационен бутален двигател. Двигателят на Ванкел се състои от:

• корпус на статора;
• ротор;
• комплект зъбни колела;
• ексцентричен вал;
• свещи (запалване и доизгаряне).

Ротационният двигател е агрегат с вътрешно горене. В този двигател всички 4 хода на работа се извършват изцяло, но за всяка фаза има своя собствена камера, която се формира от ротора чрез въртеливо движение. 

Когато запалването е включено, стартерът завърта маховика и двигателят стартира. Въртейки се, роторът през коронката на предавката предава въртящ момент на ексцентричния вал (за бутален двигател това е разпределителен вал). 

Резултатът от работата на двигателя на Ванкел трябва да бъде формирането на налягане на работната смес, принуждавайки въртящите се движения на ротора да се повтарят отново и отново, предавайки въртящ момент на трансмисията. 

В този двигател цилиндрите, буталата, коляновия вал със свързващи щанги заместват целия корпус на статора с ротор. Благодарение на това обемът на двигателя се намалява значително, докато мощността е в пъти по-висока от тази на класически мотор с манивелатен механизъм, със същия обем. Този дизайн има висока скоростна кутия също поради ниските загуби на триене.

Между другото, работната скорост на двигателя може да надвишава 7000 оборота в минута, докато двигателите на Mazda Wankel (за спортни състезания) надвишават 10000 оборота в минута. 

Дизайн

Едно от основните предимства на този агрегат е неговата компактност и по-малко тегло в сравнение с класическите двигатели със същия размер. Оформлението ви позволява значително да намалите центъра на тежестта и това влияе благоприятно върху стабилността и остротата на управление. Малките самолети, спортните автомобили и моторните превозни средства са използвали и все още използват това предимство. 

История

Историята на произхода и разпространението на двигателя на Ванкел ще ви позволи да разберете по-добре защо той е бил най-добрият двигател по това време и защо е изоставен днес.

Ранно развитие

През 1951 г. немската компания NSU Motorenwerke разработва два двигателя: първият - от Феликс Ванкел, под името DKM, а вторият - KKM на Ханс Пашке (базиран на разработката на Ванкел). 

Основата на работата на агрегата на Ванкел беше разделното въртене на тялото и ротора, поради което работните обороти достигнаха 17000 XNUMX в минута. Неудобството беше, че двигателят трябваше да бъде разглобен, за да замени свещите. Но двигателят KKM имаше неподвижно тяло и дизайнът му беше много по-опростен от основния прототип.

Издадени лицензи

През 1960 г. NSU Motorenwerke подписва споразумение с американската производствена компания Curtiss-Wright Corporation. Договорът е бил германските инженери да се съсредоточат върху разработването на малки ротационни бутални двигатели за леки превозни средства, докато американецът Къртис-Райт е бил ангажиран с разработването на авиационни двигатели. Германският машинен инженер Макс Бентеле също е нает като дизайнер. 

По -голямата част от световните производители на автомобили, включително Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda и много други. През 1959 г. американската компания представя подобрена версия на двигателя Wankel, а година по-късно британският Rolls Royce показва своя двустепенен ротационен бутален двигател.

Междувременно някои европейски автомобилни производители започнаха да се опитват да оборудват автомобилите с нови двигатели, но не всички намериха своето приложение: GM отказа, Citroen беше фиксиран върху разработването на двигател с контрабутала за самолети, а Mercedes-Benz инсталира ротационен бутален двигател в експерименталния модел C 111. 

През 1961 г. в Съветския съюз NAMI, заедно с други изследователски институти, започва разработването на двигателя на Ванкел. Бяха проектирани много опции, една от тях намери своето приложение в автомобила VAZ-2105 за KGB. Точният брой на сглобените двигатели е неизвестен, но не надвишава няколко десетки. 

Между другото, години по-късно, само автомобилната компания Mazda наистина намери приложение на роторно-бутален двигател. Ярък пример за това е моделът RX-8.

Мотоциклетни разработки

Във Великобритания производителят на мотоциклети Norton Motorcycles разработи роторно-бутален двигател Sachs с въздушно охлаждане за моторни превозни средства. Можете да научите повече за разработката, като прочетете за мотоциклета Hercules W-2000.

Suzuki не остана настрана и също пусна собствен мотоциклет. Инженерите обаче внимателно разработиха дизайна на двигателя, използваха феросплав, което значително увеличи надеждността и експлоатационния живот на агрегата.

Разработки за автомобили

След като подписаха изследователски договор между Mazda и NSU, компаниите започнаха да се състезават за шампионата в производството на първата кола с агрегат Wankel. В резултат на това през 1964 г. NSU представя първия си автомобил, NSU Spider, в отговор Mazda представя прототип на 2 и 4-роторни двигатели. След 3 години NSU Motorenwerke пусна модела Ro 80, но получи много отрицателни отзиви поради многобройни повреди на фона на несъвършен дизайн. Този проблем беше решен едва през 1972 г. и след 7 години компанията беше погълната от Audi, а двигателите на Wankel вече бяха спечелили лошо име.

Японският производител Mazda обяви, че техните инженери са решили проблема с уплътняването на горната част (за плътност между камерите), те са започнали да използват двигатели не само в спортни автомобили, но и в търговски превозни средства. Между другото, собствениците на автомобили Mazda с ротационен двигател отбелязаха високата реакция на дросела и еластичността на двигателя.

По-късно Mazda се отказа от масовото представяне на усъвършенствания двигател, като го инсталира само на моделите RX-7 и RX-8. За RX-8 е проектиран двигателят Renesis, който е подобрен по много начини, а именно:

• изместени изпускателни отвори за подобряване на продухването, което значително увеличи мощността;
• добавени някои керамични части за предотвратяване на термични изкривявания;
• добре обмислена електронна система за управление на двигателя;
• наличието на две свещи (основна и за догаряне);
• добавяне на водна риза за премахване на натрупването на въглерод на изхода.

В резултат се получи компактен двигател с обем 1.3 литра и мощност около 231 к.с.

предимства

Основните предимства на ротационния бутален двигател:

1. Ниското му тегло и размери, които пряко влияят върху основата на дизайна на автомобила. Този фактор е важен при проектирането на спортна кола с нисък център на тежестта.
2. По-малко подробности. Това не само ви позволява да намалите разходите за поддръжка на двигателя, но и да намалите загубите на мощност за движение или въртене на свързани части. Този фактор влияе пряко върху високата ефективност.
3. Със същия обем като класически бутален двигател, мощността на ротационния бутален двигател е 2-3 пъти по-висока.
4. Гладкост и еластичност на работата, липса на осезаеми вибрации поради факта, че няма възвратно-постъпателни движения на основните възли.
5. Двигателят може да се задвижва с нискооктанов бензин.
6. Широкият диапазон на работните скорости позволява използването на трансмисията с по-къси предавки, което е изключително удобно за градските условия.
7. „Рафтът“ на въртящ момент е предвиден за ⅔ от цикъла, а не за една четвърт, както е при двигателя на Otto.
8. Моторното масло практически не е замърсено, интервалът на източване е в пъти по-широк. Тук маслото не подлежи на горене, както при буталните двигатели, този процес протича през пръстените.
9. Няма детонация.

Между другото, доказано е, че дори този двигател да е на прага на ресурс, да консумира много масло, да работи при ниска компресия, мощността му ще намалее леко. Именно това предимство ме подкупи за инсталирането на ротационен бутален двигател на самолета.

Наред с впечатляващите предимства, има и недостатъци, които попречиха на усъвършенствания ротационен бутален двигател да достигне масите.

 Ограничения

1. Процесът на горене не е достатъчно ефективен, поради което разходът на гориво се увеличава и стандартите за токсичност се влошават. Проблемът е частично решен от наличието на втора свещ, която изгаря работната смес.
2. Голям разход на масло. Недостатъкът се дължи на факта, че двигателите на Ванкел са прекалено смазани и понякога маслото може да изгори. Има излишък на масло в зоните на горене, което води до натрупване на въглерод. Те се опитаха да се справят с този проблем, като инсталираха "топлинни" тръби, които подобряват преноса на топлина и изравняват температурата на маслото в целия двигател.
3. Трудност при ремонт. Не всички специалисти са готови професионално да се заемат с ремонта на двигател на Ванкел. Структурно агрегатът не е по-сложен от класическия двигател, но има много нюанси, неспазването на които ще доведе до ранен отказ на двигателя. Към това добавяме и високата цена на ремонта.
4. Нисък ресурс. За собствениците на Mazda RX-8 пробег от 80 000 км означава, че е време да се направи основен ремонт. За съжаление за такава компактност и висока ефективност трябва да се плаща със скъпи и сложни ремонти на всеки 80-100 хиляди километра.

Въпроси и отговори:

Каква е разликата между ротационен двигател и бутален двигател? В ротационен двигател няма бутала, което означава, че възвратно-постъпателните движения не се използват за завъртане на вала на двигателя с вътрешно горене - роторът веднага се върти в него.

Какво е ротационен двигател в автомобил? Това е термичен агрегат (работи поради изгарянето на смес въздух-гориво), само че използва въртящ се ротор, върху който е фиксиран валът, който отива към скоростната кутия.

Защо ротационният двигател е толкова лош? Основният недостатък на ротационния двигател е много малък работен ресурс поради бързото износване на уплътненията между горивните камери на агрегата (работният ъгъл се променя непрекъснато и постоянните спадове на температурата).