Wankelmotor: apparaat, werkingsprincipe

2024 Auteur: Erin Ralphs | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-19 18:13

De verbrandingsmotor is een briljante uitvinding van de mensheid. Dankzij de verbrandingsmotor begon de technische vooruitgang zich aanzienlijk te ontwikkelen. Er zijn verschillende soorten van deze instellingen. Maar de meest bekende zijn drijfstang en zuiger en roterende zuiger. De laatste is uitgevonden door de Duitse ingenieur Wankel in samenwerking met W alter Freude. Deze krachtbron heeft een ander apparaat en werkingsprincipe in vergelijking met de klassieke verbrandingsmotor met drijfstang en zuiger. Wat is het werkingsprincipe van de wankelmotor en waarom is deze verbrandingsmotor niet zo populair geworden? We zullen dit allemaal in ons artikel van vandaag bespreken.

Karakteristiek

Dus, wat is deze motor? Dit is een verbrandingsmotor die in 1957 is ontwikkeld door Felix Wankel. De functie van de zuiger in deze eenheid werd uitgevoerd door een rotor met drie hoekpunten. Het draaide in een speciaal gevormde holte.

Na een aantal experimentele modellen van motorfietsen en auto's die zich in de jaren 70 van de vorige eeuw voordeden, is de vraag naar de wankelmotor aanzienlijk afgenomen. Hoewel vandaag een aantal bedrijven nog steeds bezig zijn metverbetering van deze motor. Zo kun je de wankelmotor ontmoeten op de Mazda PX-serie. Ook heeft dit toestel zijn toepassing gevonden in de modellering.

Wankelmotorapparaat

Deze power unit bestaat uit verschillende componenten:

• Gevallen (stators).
• Verbrandingskamers.
• Inlaat- en uitlaatpoorten.
• Stationaire versnelling.
• Gearwheel.
• Rotor.
• Vala.
• bougies.

Wat is het werkingsprincipe van de wankelmotor? We zullen dit hieronder bekijken.

Werkingsprincipe

Deze ICE werkt als volgt. De rotor, gelagerd op een excentrische as, wordt aangedreven door de kracht van gasdruk, die werd gevormd als gevolg van de verbranding van het lucht-brandstofmengsel. De motorrotor ten opzichte van de stator door een paar tandwielen. Een van hen (groot) bevindt zich op het binnenoppervlak van de rotor. De tweede (steun) is kleiner en zit stevig vast aan de zijkap van de motor. Door de interactie van de tandwielen produceert de rotor excentrische cirkelvormige bewegingen. De randen zijn dus in contact met het binnenoppervlak van de verbrandingskamer.

Als resultaat worden verschillende geïsoleerde kamers met een variabel volume gevormd tussen het motorhuis en de rotor. Hun aantal is altijd 3. In deze kamers vindt het proces van compressie van het mengsel, de verbranding ervan, de expansie van gassen (die vervolgens druk uitoefenen op het werkoppervlak van de rotor) en hun verwijdering plaats. Als resultaatontsteking van de brandstof, wordt de rotor aangedreven en wordt het koppel overgebracht op de excentrische as. Deze laatste is op lagers gemonteerd en brengt vervolgens het vermogen over naar de transmissie-eenheden. En pas dan gaat het krachtenmoment van de wankelmotor naar de wielen volgens het klassieke schema - via een cardanaandrijving en steekassen naar de naven. Zo werken meerdere mechanische paren gelijktijdig in een roterende motor. De eerste is verantwoordelijk voor de beweging van de rotor en bestaat uit verschillende tandwielen. De tweede de zet de beweging van de rotor om in omwentelingen van de excentrische as.

De overbrengingsverhouding van de stator (behuizing) en tandwielen is altijd stabiel en is 3:2. De rotor heeft dus tijd om 120 graden te draaien voor een volledige omwenteling van de as. Op zijn beurt wordt voor een volledige omwenteling van de rotor een viertaktcyclus van de verbrandingsmotor uitgevoerd in elk van de drie kamers gevormd door de vlakken.

Voordelen

Wat zijn de voordelen van deze verbrandingsmotor? De Wankel-draaizuigermotor heeft een eenvoudiger ontwerp dan de zuigerstangmotor. Het aantal onderdelen erin is dus 40 procent minder dan in een viertakt-verbrandingsmotor met zuiger. Maar toch is het niet mogelijk om met eigen handen een wankelmotor te maken zonder geavanceerde apparatuur. De rotor heeft immers een zeer complexe vorm. Degenen die hebben geprobeerd om met hun eigen handen een zelfgemaakte wankelmotor te maken, hebben talloze mislukkingen gehad.

Maar laten we doorgaan met de voordelen. In het ontwerp van de roterende eenheid is er geen krukas, gasdistributiemechanisme. Ook zijn er geen drijfstangen enzuigers. Het brandbare mengsel komt de kamer binnen via het inlaatvenster, dat wordt geopend door de rand van de rotor. En de uitlaatgassen aan het einde van de werkcyclus worden via de uitlaatpoort uit het lichaam vrijgegeven. Nogmaals, de rol van de klep wordt hier vervuld door de rand van de rotor zelf. Ook zit er geen nokkenas in het ontwerp (waarvan er nu meerdere worden gebruikt op drijfstangunits). De Wankel-rotatiezuigermotor is vergelijkbaar met een tweetaktmotor wat betreft het werkingsprincipe van het gasdistributiemechanisme.

Afzonderlijk is het de moeite waard om het smeersysteem te vermelden. In feite is het afwezig in de Wankel-rotatiemotor. Maar hoe werken wrijvingsparen dan? Het is simpel: olie wordt toegevoegd aan het brandbare mengsel zelf (zoals in primitieve motorfietsmotoren). Zo wordt de smering van wrijvende delen uitgevoerd door het lucht-brandstofmengsel zelf. Het ontwerp mist de voor iedereen bekende oliepomp, die het smeermiddel uit het carter ha alt en onder speciale druk spuit.

Een ander voordeel van de wankelmotor is het lichte gewicht en de afmetingen. Omdat bijna de helft van de onderdelen die verplicht zijn in zuigermotoren hier ontbreken, is de roterende unit compacter en past in elke motorruimte. compacte afmetingen stellen u in staat om de ruimte van de motorruimte rationeler te gebruiken en voor een meer uniforme belasting van de voor- en achteras te zorgen (in auto's met conventionele motoren v alt immers meer dan 70 procent van de belasting op de voorkant een deel). En door het lage gewicht wordt een hoge stabiliteit bereikt. Ja, de motor heeftminimaal trillingsniveau, wat een positief effect heeft op het comfort van de machine.

Het volgende pluspunt van deze unit is het hoge specifieke vermogen, dat wordt bereikt bij hoge assnelheden. Met deze functie kunt u goede technische kenmerken bereiken. Dit is de reden waarom de wankelmotor wordt gebruikt in Mazda-sportwagens. De motor draait gemakkelijk tot zeven of meer duizend omwentelingen. Tegelijkertijd biedt het veel meer koppel en vermogen bij een klein volume. Dit alles heeft een positief effect op de acceleratiedynamiek van de auto. U kunt bijvoorbeeld de auto "Mazda RX-8" nemen. Met een inhoud van 1,3 liter levert de motor 210 pk.

Ontwerpfouten

Gezien het apparaat en het werkingsprincipe van de Wankel-rotatiemotor, is het vermeldenswaard de belangrijkste ontwerpfout. Dit is het lage rendement van de spleetafdichtingen tussen de verbrandingskamer en de rotor. De laatste heeft een vrij complexe vorm, die een betrouwbare afdichting vereist, niet alleen langs de randen (waarvan er in totaal vier zijn), maar ook langs het zijoppervlak (die in contact staan met de motorkap). Tegelijkertijd zijn ze gemaakt in de vorm van stalen veerbelaste strips met een bijzonder nauwkeurige verwerking, zowel van de uiteinden als van de werkoppervlakken. Alle toeslagen voor uitzetting tijdens verwarming, opgenomen in het ontwerp, verslechteren deze eigenschappen. Hierdoor is het onmogelijk om het doorbreken van gassen in de eindplaatsen van de afdichtplaten te vermijden. Bij zuigermotoren wordt het labyrinteffect toegepast. Het ontwerp gebruikt dus drie afdichtringen met openingen in verschillende richtingen.

Maar het is vermeldenswaard dat de kwaliteit van zeehonden de afgelopen jaren is toegenomen. De ontwerpers hebben de wankelmotor verbeterd door nieuwe materialen voor afdichtingen te gebruiken. Maar toch wordt gasdoorbraak beschouwd als het zwakste punt in een roterende verbrandingsmotor.

Olieverbruik

Zoals we eerder zeiden, is er geen smeersysteem als zodanig in deze motor. Vanwege het feit dat de olie samen met het brandbare mengsel binnenkomt, neemt het verbruik aanzienlijk toe. En als bij drijfstangmotoren het natuurlijke verlies van smeermiddel is uitgesloten of niet meer is dan 100 gram per duizend kilometer, dan varieert deze parameter bij rotatiemotoren van 0,4 tot 1 liter per duizend kilometer. Dit komt omdat het complexe afdichtingssysteem een effectievere smering van de oppervlakken vereist. Ook kunnen deze motoren vanwege het hoge olieverbruik niet voldoen aan de moderne milieunormen. De uitlaatgassen van auto's met een wankelmotor bevatten veel stoffen die schadelijk zijn voor lichaam en milieu.

Bovendien kon de rotatiemotor alleen draaien op hoogwaardige en dure oliën. Dit is te wijten aan verschillende factoren:

• Neiging van contact met delen van de motorkamer en rotor tot hoge slijtage.
• De neiging van wrijvingsparen om oververhit te raken.

Andere problemen

Onregelmatige olieverversingen dreigden de levensduur van de verbrandingsmotor te verkorten, omdat de deeltjes van het oude smeermiddel als schuurmiddel fungeerden, waardoor de gaten groter werden en de kans op doorbraak van uitlaatgassen in de kamer groter werd. Dit apparaat wigt ook bij oververhitting. En bij het rijden bij koud weer,koeling is mogelijk overdreven.

De RPD zelf heeft een hogere bedrijfstemperatuur dan welke zuigermotor dan ook. De verbrandingskamer wordt als de meest belaste beschouwd. het heeft een klein volume. En vanwege de verlengde vorm is de kamer vatbaar voor ontploffing. Naast olie stelt de wankelmotor veel eisen aan de kwaliteit van kaarsen. Ze worden paarsgewijs geïnstalleerd en strikt gewijzigd volgens de technische voorschriften. Onder andere is het vermeldenswaard de onvoldoende elasticiteit van de roterende motor. Deze verbrandingsmotoren kunnen dus alleen uitstekende snelheids- en vermogenskarakteristieken produceren bij hoge rotorsnelheden - van 6 tot 10 of meer duizend per minuut. Deze functie dwingt ontwerpers om het ontwerp van versnellingsbakken te verfijnen, waardoor ze uit meerdere fasen bestaan.

Een ander nadeel is het hoge brandstofverbruik. Als u bijvoorbeeld een 1,3-liter Mazda RX-8-draaizuigermotor neemt, verbruikt deze volgens paspoortgegevens 14 tot 18 liter brandstof. Bovendien wordt alleen benzine met een hoog octaangeh alte aanbevolen.

Over de toepassing van RPD in de auto-industrie

Deze motor was het populairst aan het eind van de jaren '60 en het begin van de jaren '70 van de vorige eeuw. Het Wankel RPD-patent is verworven door 11 toonaangevende autofabrikanten. Dus in het 67e jaar ontwikkelde NSU de eerste business-class auto met een rotatiemotor, de NSU RO 80. Dit model werd gedurende 10 jaar in massa geproduceerd. In totaal zijn er ruim 37 duizend exemplaren uitgebracht. De auto was populair, maar de tekortkomingen van de rotatiemotor hebben uiteindelijk de reputatie van deze auto aangetast. Tegen de achtergrond van anderenNSU-modellen, de NSU RO 80 sedan was de meest onbetrouwbare. De kilometerstand vóór de revisie was slechts 50 duizend met de aangegeven 100.

Ook het Peugeot-Citroen-concern, het Mazda-bedrijf en de VAZ-fabriek hebben geëxperimenteerd met rotatiemotoren (we zullen deze zaak hieronder afzonderlijk bespreken). De Japanners behaalden het grootste succes door in het 63e jaar een personenauto met rotatiemotor uit te brengen. Op dit moment rusten de Japanners nog steeds RPD's uit op hun sportwagens uit de RX-serie. Tot op de dag van vandaag zijn ze vrij van veel van de "kinderziektes" die inherent waren aan de RAP van die tijd.

Wankel RPD en motorindustrie

In de jaren 70 en 80 van de vorige eeuw experimenteerden sommige motorfabrikanten met rotatiemotoren. Dit zijn Hercules en Suzuki. Nu is de massaproductie van roterende motorfietsen alleen bij Norton tot stand gekomen. Dit merk produceert NRV588 sportfietsen uitgerust met twin-rotor motoren met een totaal volume van 588 kubieke centimeter. Het vermogen van de Norton-fiets is 170 pk. met een leeggewicht van 130 kilogram heeft deze motorfiets uitstekende dynamische prestaties. Bovendien zijn deze RPD's uitgerust met een elektronisch brandstofinjectiesysteem en een variabel inlaatkanaal.

Interessante feiten

Deze krachtbronnen worden veel gebruikt door vliegtuigmodelbouwers. Omdat er geen vereisten zijn voor efficiëntie en betrouwbaarheid in het model verbrandingsmotor, bleek de productie van dergelijke motoren goedkoop te zijn. In dergelijke verbrandingsmotoren zijn er helemaal geen rotorafdichtingen of hebben ze het meest primitieve ontwerp. Het belangrijkste voordeel hiervan:vliegtuigmodel unit is dat het eenvoudig te installeren is in een vliegend schaalmodel. De ICE is licht en compact.

Nog een feit: Felix Wankel, die in 1936 een patent voor RPD had ontvangen, werd de uitvinder van niet alleen rotatiemotoren, maar ook compressoren, evenals pompen die volgens hetzelfde schema werkten. Dergelijke eenheden zijn te vinden in reparatiewerkplaatsen en in productie. Trouwens, draagbare elektrische bandenpomppompen zijn precies volgens dit principe ontworpen.

RPD- en VAZ-auto's

In de Sovjettijd waren ze ook bezig met het maken van een roterende zuigermotor en de installatie ervan op binnenlandse VAZ-auto's. Dus de eerste RPD in de USSR was de VAZ-311-motor met een vermogen van 70 pk. Het is gemaakt op basis van de Japanse eenheid 13V. Maar aangezien de creatie van de motor volgens onrealistische plannen werd uitgevoerd, bleek de eenheid onbetrouwbaar na in massaproductie te zijn gebracht. De eerste auto met deze motor was de VAZ-21018.

Maar het verhaal van het installeren van de wankelmotor op de VAZ houdt daar niet op. De tweede op rij was de VAZ-415-krachtbron, die in de jaren 80 in kleine batches op de G8 werd gebruikt. Deze krachtbron had betere technische kenmerken. Vermogen met een volume van 1308 kubieke centimeter verhoogd tot 150 pk. Dankzij dit versnelde de Sovjet VAZ-2108 met een rotatiemotor in 9 seconden tot honderden. En de maximumsnelheid werd beperkt tot 190 kilometer per uur. Maar deze motor was niet zonder gebreken. Het is vooral een kleine hulpbron. Hij bereikte amper 80 duizendkilometer. Ook onder de minnen is het vermeldenswaard de hoge kosten van het maken van zo'n auto. Het olieverbruik was 700 gram per duizend kilometer. Het brandstofverbruik is ongeveer 20 liter per honderd. Daarom werd de roterende eenheid alleen gebruikt op voertuigen voor speciale diensten, in kleine batches.

Conclusie

Dus we hebben uitgezocht wat de wankelmotor is. Deze draaieenheid wordt nu in serie alleen gebruikt op Mazda-auto's, en slechts op één model. Ondanks talrijke verbeteringen en pogingen van Japanse ingenieurs om het ontwerp van de RPD te verbeteren, heeft het nog steeds een vrij kleine hulpbron en wordt het gekenmerkt door een hoog olieverbruik. Ook verschillen de nieuwe 1,3-liter Mazda's niet in brandstofverbruik. Al deze tekortkomingen van de roterende motor maken hem onpraktisch en onderbenut in de auto-industrie.