מנוע וואנקל: מכשיר, עקרון הפעולה

2024 מְחַבֵּר: Erin Ralphs | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-02-19 16:07

מנוע הבעירה הפנימית הוא המצאה מבריקה של האנושות. הודות למנוע הבעירה הפנימית, התקדמות טכנית החלה להתפתח באופן משמעותי. ישנם מספר סוגים של הגדרות אלו. אבל המפורסמים ביותר הם מוט חיבור ובוכנה ובוכנה סיבובית. האחרון הומצא על ידי המהנדס הגרמני וואנקל בשיתוף וולטר פרויד. ליחידת הכוח הזו יש מכשיר ועיקרון פעולה שונים, בהשוואה למנוע הבעירה הפנימית של מוט חיבור-בוכנה. מהו עקרון הפעולה של מנוע וואנקל ומדוע מנוע הבעירה הפנימית הזה לא הפך לפופולרי כל כך? נשקול את כל זה במאמר של היום.

אופייני

אז מה זה המנוע הזה? זהו מנוע בעירה פנימית שפותח על ידי פליקס וואנקל ב-1957. תפקיד הבוכנה ביחידה זו בוצע על ידי רוטור בעל שלושה קודקודים. הוא הסתובב בתוך חלל בעל צורה מיוחדת.

לאחר מספר דגמים ניסיוניים של אופנועים ומכוניות שהתרחשו בשנות ה-70 של המאה הקודמת, הביקוש למנוע הוואנקל ירד משמעותית. למרות שהיום מספר חברות עדיין עובדות עלשיפור של מנוע זה. אז אתה יכול לפגוש את מנוע וואנקל בסדרת מאזדה PX. כמו כן, יחידה זו מצאה את היישום שלה בדוגמנות.

מכשיר מנוע וואנקל

יחידת הכוח הזו מורכבת מכמה רכיבים:

• מקרים (סטטורים).
• תאי בעירה.
• יציאות כניסה ויציאה.
• ציוד נייח.
• גלגל הילוך.
• רוטור.
• Vala.
• מצתים.

מהו עקרון העבודה של מנוע הוואנקל? נסתכל על זה להלן.

עקרון העבודה

ICE זה פועל באופן הבא. הרוטור, המורכב על ציר אקסצנטרי דרך מיסבים, מונע על ידי כוח לחץ הגז, שנוצר כתוצאה משריפת תערובת האוויר והדלק. רוטור המנוע ביחס לסטטור דרך זוג גלגלי שיניים. אחד מהם (גדול) ממוקם על פני השטח הפנימיים של הרוטור. השני (תומך) קטן יותר והוא מחובר היטב לכיסוי הצד של המנוע. באמצעות האינטראקציה של גלגלי השיניים, הרוטור מייצר תנועות סיבוביות אקסצנטריות. לפיכך, הקצוות שלו נמצאים במגע עם המשטח הפנימי של תא הבעירה.

כתוצאה מכך, נוצרים מספר תאים מבודדים בעלי נפח משתנה בין בית המנוע והרוטור. מספרם הוא תמיד 3. בחדרים אלה מתבצע תהליך הדחיסה של התערובת, הבעירה שלה, התרחבות הגזים (שבהמשך מפעילים לחץ על משטח העבודה של הרוטור) והסרתם. כתוצאההצתה של הדלק, הרוטור מונע, מעביר את המומנט לציר האקסצנטרי. האחרון מותקן על מיסבים ולאחר מכן מעביר כוח ליחידות ההולכה. ורק אז רגע הכוחות של מנוע וואנקל עובר לגלגלים לפי התוכנית הקלאסית - דרך הנעה קרדן וצירי ציר לרכזות. לפיכך, כמה זוגות מכניים עובדים בו זמנית במנוע סיבובי. הראשון אחראי על תנועת הרוטור ומורכב ממספר גלגלי שיניים. ה-de השני ממיר את תנועת הרוטור לסיבובים של הציר האקסצנטרי.

יחס ההילוכים של הסטטור (הבית) והגלגלים תמיד יציב והוא 3:2. לפיכך, לרוטור יש זמן להסתובב לסיבוב מלא של הציר ב-120 מעלות. בתורו, עבור סיבוב מלא של הרוטור, מבוצע מחזור פעולת ארבע פעימות של מנוע הבעירה הפנימית בכל אחד משלושת החדרים הנוצרים על ידי הפנים.

הטבות

מה הם היתרונות של מנוע הבעירה הפנימית הזה? למנוע הבוכנה הסיבובית של וואנקל עיצוב פשוט יותר ממנוע מוט הבוכנה. אז, מספר החלקים בו קטן ב-40 אחוז מאשר במנוע בעירה פנימית בוכנה ארבע פעימות. אבל עדיין, לא ניתן ליצור מנוע וואנקל במו ידיכם ללא ציוד משוכלל. אחרי הכל, לרוטור יש צורה מורכבת מאוד. אלה שניסו לייצר מנוע וואנקל תוצרת בית במו ידיהם, סבלו ממספר רב של כשלים.

אבל בואו נמשיך עם ההטבות. בתכנון של היחידה הסיבובית אין גל ארכובה, מנגנון הפצת גז. כמו כן אין מוטות חיבור ובוכנות. התערובת הדליקה נכנסת לתא דרך חלון הכניסה, שנפתח על ידי קצה הרוטור. וגזי הפליטה בסוף מחזור העבודה משתחררים מהגוף דרך יציאת הפליטה. שוב, תפקידו של השסתום כאן מבוצע על ידי קצה הרוטור עצמו. כמו כן, אין גל זיזים בעיצוב (שכמה מהם משמשים כיום ביחידות מוטות חיבור). מנוע הבוכנה הסיבובית של וואנקל דומה לדו פעימות מבחינת עקרון הפעולה של מנגנון חלוקת הגז.

בנפרד, ראוי להזכיר את מערכת הסיכה. למעשה, הוא נעדר במנוע הסיבובי של וואנקל. אבל איך אם כן פועלים זוגות חיכוך? זה פשוט: לתערובת הבעירה עצמה מוסיפים שמן (כמו במנועי אופנועים פרימיטיביים). לפיכך, סיכה של חלקי שפשוף מתבצעת על ידי תערובת האוויר-דלק עצמה. בעיצוב חסרה משאבת השמן המוכרת לכולם, שלוקחת את חומר הסיכה מהבור ומרססת אותו בלחץ מיוחד.

יתרון נוסף של מנוע וואנקל הוא משקלו וגודלו הקלים. מכיוון שחסרים כאן כמעט מחצית מהחלקים החובה במנועי בוכנה, היחידה הסיבובית קומפקטית יותר ויכולה להיכנס לכל תא מנוע. מידות קומפקטיות מאפשרות לך לנצל את חלל תא המנוע בצורה יותר רציונלית, כמו גם לספק עומס אחיד יותר על הסרנים הקדמיים והאחוריים (אחרי הכל, במכוניות עם מנועים רגילים, יותר מ-70 אחוז מהעומס נופל על הקדמי. חֵלֶק). ובשל המשקל הנמוך, מושגת יציבות גבוהה. כן, למנוע ישרמת רטט מינימלית, שיש לה השפעה חיובית על נוחות המכונה.

התוספת הבאה של יחידה זו היא ההספק הספציפי הגבוה, המושג במהירויות פיר גבוהות. תכונה זו מאפשרת לך להשיג מאפיינים טכניים טובים. זו הסיבה שמנוע וואנקל משמש במכוניות ספורט מאזדה. המנוע מסתובב בקלות עד שבעת אלפי סיבובים או יותר. יחד עם זאת, הוא מספק הרבה יותר מומנט וכוח בנפח קטן. לכל זה יש השפעה חיובית על הדינמיקה המואצת של המכונית. לדוגמה, אתה יכול לקחת את המכונית "מאזדה RX-8". עם נפח של 1.3 ליטר, המנוע מפיק 210 כוחות סוס.

פגמי עיצוב

בהתחשב במכשיר ובעקרון הפעולה של המנוע הסיבובי של וואנקל, ראוי לציין את הפגם העיצובי העיקרי. זוהי היעילות הנמוכה של אטמי הרווח בין תא הבעירה לרוטור. לזו האחרונה יש צורה מורכבת למדי, הדורשת איטום אמין לא רק לאורך הקצוות (מהם ארבעה בסך הכל), אלא גם לאורך פני הצד (הנמצאים במגע עם מכסה המנוע). יחד עם זאת, הם עשויים בצורת רצועות קפיציות פלדה בעיבוד מדויק במיוחד הן מהקצוות והן ממשטחי העבודה. כל ההפרשות להתרחבות במהלך החימום, המשולבות בתכנון, פוגעות במאפיינים אלה. בשל כך, אי אפשר למנוע פריצת דרך של גזים במקומות הקצה של לוחות האיטום. במנועי בוכנה מוחל אפקט המבוך. לכן, העיצוב משתמש בשלוש טבעות איטום עם רווחים בכיוונים שונים.

אבל ראוי לציין שבשנים האחרונות איכות החותמות עלתה. המעצבים שיפרו את מנוע וואנקל, תוך שימוש בחומרים חדשים לאטמים. אבל עדיין, פריצת דרך בגז נחשבת לנקודה החלשה ביותר במנוע בעירה פנימית סיבובית.

צריכת שמן

כפי שאמרנו קודם, אין מערכת סיכה ככזו במנוע הזה. בשל העובדה שהשמן נכנס יחד עם התערובת הדליקה, צריכתו עולה באופן משמעותי. ואם במנועי מוט מחבר נשלל האובדן הטבעי של חומר סיכה או שהוא לא יותר מ-100 גרם לאלף ק"מ, אז במנועים סיבוביים פרמטר זה נע בין 0.4 ל-1 ליטר לאלף ק"מ. הסיבה לכך היא שמערכת האיטום המורכבת דורשת שימון יעיל יותר של המשטחים. כמו כן, בשל צריכת השמן הגבוהה, מנועים אלו אינם יכולים לעמוד בתקנים סביבתיים מודרניים. גזי הפליטה של מכוניות עם מנוע וואנקל מכילים חומרים רבים המסוכנים לגוף ולסביבה.

חוץ מזה, המנוע הסיבובי יכול לפעול רק על שמנים איכותיים ויקרים. זה נובע מכמה גורמים:

• נטייה של מגע עם חלקים של תא המנוע והרוטור לבלאי גבוה.
• הנטייה של זוגות חיכוך להתחמם יתר על המידה.

בעיות אחרות

שינויי שמן לא סדירים איימו להפחית את חיי מנוע הבעירה הפנימית, שכן חלקיקי חומר הסיכה הישן פעלו כחומר שוחק, והגדילו את הרווחים ואת הסבירות לפריצת דרך של גז הפליטה בתא. יחידה זו גם מתחממת כאשר היא מתחממת יתר על המידה. וכאשר נוהגים במזג אוויר קר,ייתכן שהקירור היה מוגזם.

ל-RPD עצמו יש טמפרטורת פעולה גבוהה יותר מכל מנוע בוכנה. תא הבעירה נחשב לטעון ביותר. יש לו נפח קטן. ובגלל הצורה המורחבת, החדר נוטה להתפוצץ. בנוסף לשמן, מנוע וואנקל תובעני לאיכות הנרות. הם מותקנים בזוגות ומשתנים אך ורק בהתאם לתקנות הטכניות. בין היתר, ראוי לציין את הגמישות הלא מספקת של המנוע הסיבובי. אז, מנועי בעירה פנימית אלה יכולים לייצר מאפייני מהירות וכוח מצוינים רק במהירויות רוטור גבוהות - מ-6 עד 10 או יותר אלף לדקה. תכונה זו מאלצת מעצבים לחדד את העיצוב של תיבות הילוכים, מה שהופך אותן לרב-שלביות.

חיסרון נוסף הוא צריכת דלק גבוהה. לדוגמה, אם אתה לוקח מנוע בוכנה סיבובית 1.3 ליטר מאזדה RX-8, לפי נתוני הדרכון, הוא צורך בין 14 ל-18 ליטר דלק. יתרה מכך, רק בנזין בעל אוקטן גבוה מומלץ לשימוש.

על היישום של RPD בתעשיית הרכב

מנוע זה היה הפופולרי ביותר בסוף שנות ה-60 ותחילת שנות ה-70 של המאה הקודמת. הפטנט של Wankel RPD נרכש על ידי 11 יצרניות רכב מובילות. אז, בשנה ה-67, NSU פיתחה את המכונית הראשונה במחלקת עסקים עם מנוע סיבובי, אשר נקראה NSU RO 80. דגם זה יוצר בהמוניו במשך 10 שנים. בסך הכל שוחררו יותר מ-37 אלף עותקים. המכונית הייתה פופולרית, אך החסרונות של המנוע הסיבובי הכתימו בסופו של דבר את המוניטין של המכונית הזו. על רקע אחריםדגמי NSU, ה-NSU RO 80 סדאן היה הכי לא אמין. הקילומטראז' לפני השיפוץ היה רק 50 אלף עם ה-100 המוצהרים.

כמו כן, קונצרן פיג'ו-סיטרואן, חברת מאזדה ומפעל VAZ ערכו ניסויים במנועים סיבוביים (נדבר על המקרה הזה בנפרד בהמשך). היפנים השיגו את ההצלחה הגדולה ביותר על ידי שחרור מכונית נוסעים עם מנוע סיבובי בשנה ה-63. כרגע, היפנים עדיין מציידים RPD על מכוניות הספורט מסדרת RX שלהם. עד היום הם חופשיים מרבות מ"מחלות הילדות" שהיו טבועות ב-RAP של אז.

Wankel RPD ותעשיית האופנועים

בשנות ה-70 וה-80 של המאה הקודמת, כמה יצרני אופנועים התנסו במנועים סיבוביים. אלה הרקולס וסוזוקי. כעת הוקם ייצור המוני של אופנועים סיבוביים רק בנורטון. מותג זה מייצר אופני ספורט מסוג NRV588 המצוידים במנועים דו-רוטורים בנפח כולל של 588 סנטימטר מעוקב. הספק של אופני נורטון הוא 170 כוחות סוס. עם משקל עצמי של 130 קילוגרם, לאופנוע הזה יש ביצועים דינמיים מצוינים. בנוסף, RPDs אלה מצוידים במערכת הזרקת דלק אלקטרונית ובמערכת צריכה משתנה.

עובדות מעניינות

יחידות הכוח האלה נמצאות בשימוש נרחב בקרב דגמי מטוסים. מכיוון שאין דרישות ליעילות ואמינות בדגם מנוע הבעירה הפנימית, הייצור של מנועים כאלה התברר לזול. במנועי בעירה פנימית כאלה, אין אטמי רוטור כלל, או שיש להם את העיצוב הפרימיטיבי ביותר. היתרון העיקרי של זהיחידת דגם מטוס היא שקל להתקין אותה בדגם בקנה מידה מעופף. ה-ICE קל וקומפקטי.

עובדה נוספת: פליקס וואנקל, לאחר שקיבל פטנט על RPD ב-1936, הפך לממציא לא רק מנועים סיבוביים, אלא גם מדחסים, כמו גם משאבות שפעלו לפי אותה תוכנית. יחידות כאלה ניתן למצוא בחנויות תיקונים ובייצור. אגב, משאבות ניפוח צמיגים חשמליים ניידים מתוכננות בדיוק לפי העיקרון הזה.

מכוניות RPD ו-VAZ

בימי ברית המועצות, הם עסקו גם ביצירת מנוע בוכנה סיבובית והתקנתו על מכוניות VAZ מקומיות. אז, ה-RPD הראשון בברית המועצות היה מנוע VAZ-311 עם קיבולת של 70 כוחות סוס. זה נוצר על בסיס היחידה היפנית 13V. אבל מאז יצירת המנוע בוצעה על פי תוכניות לא מציאותיות, היחידה התבררה כלא אמינה לאחר שהוכנסה לייצור המוני. המכונית הראשונה עם מנוע זה הייתה VAZ-21018.

אבל הסיפור של התקנת מנוע וואנקל ב-VAZ לא מסתיים בזה. השני בשורה היה יחידת הכוח VAZ-415, ששימשה בקבוצות קטנות ב-G8 בשנות ה-80. ליחידת כוח זו היו מאפיינים טכניים טובים יותר. הספק בנפח 1308 ס מ גדל ל-150 כוחות סוס. הודות לכך, VAZ-2108 הסובייטי עם מנוע סיבובי הואץ למאות תוך 9 שניות. והמהירות המרבית הוגבלה ל-190 קילומטרים לשעה. אבל המנוע הזה לא היה חף מפגמים. בפרט, זה משאב קטן. הוא בקושי הגיע ל-80 אלףקילומטרים. גם בין המינוסים ראוי לציין את העלות הגבוהה של יצירת מכונית כזו. צריכת הנפט הייתה 700 גרם לכל אלף קילומטרים. צריכת הדלק היא כ-20 ליטר למאה. לכן, היחידה הסיבובית שימשה רק ברכבי שירות מיוחדים, במנות קטנות.

מסקנה

אז הבנו מה זה מנוע וואנקל. יחידה סיבובית זו משמשת כעת בסדרה רק במכוניות מאזדה, ורק בדגם אחד. למרות שיפורים וניסיונות רבים של מהנדסים יפנים לשפר את עיצוב ה-RPD, עדיין יש לו משאב קטן למדי והוא מאופיין בצריכת נפט גבוהה. כמו כן, מאזדות ה-1.3 ליטר החדשות אינן שונות ביעילות הדלק. כל החסרונות הללו של המנוע הסיבובי הופכים אותו ללא מעשי ולא בשימוש בתעשיית הרכב.