Động cơ Wankel - thiết bị và nguyên lý hoạt động của xe RPD
nội dung
Trong suốt lịch sử của ngành công nghiệp ô tô, đã có nhiều giải pháp tiên tiến, thiết kế của các thành phần và cụm lắp ráp đã thay đổi. Hơn 30 năm trước, những nỗ lực tích cực đã bắt đầu chuyển động cơ piston sang một bên, mang lại lợi thế cho động cơ piston quay Wankel. Tuy nhiên, do nhiều hoàn cảnh, động cơ quay đã không nhận được quyền sống của mình. Đọc về tất cả những điều này bên dưới.
Nguyên tắc hoạt động
Rôto có dạng hình tam giác, ở mỗi cạnh của nó có dạng lồi đóng vai trò như một piston. Mỗi bên của rôto có các hốc đặc biệt giúp cung cấp thêm không gian cho hỗn hợp nhiên liệu-không khí, do đó làm tăng tốc độ vận hành của động cơ. Mặt trên của các cạnh được trang bị một vách ngăn bịt kín nhỏ tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện từng nhịp. Rôto được trang bị ở cả hai mặt với các vòng đệm tạo thành vách của các buồng. Giữa rôto được trang bị răng, với sự trợ giúp của cơ chế quay.
Nguyên lý hoạt động của động cơ Wankel hoàn toàn khác với động cơ cổ điển, tuy nhiên, chúng được thống nhất bởi một quá trình duy nhất gồm 4 hành trình (hành trình nạp-nén-làm việc-xả). Nhiên liệu đi vào buồng tạo thành đầu tiên, được nén vào buồng thứ hai, sau đó rôto quay và hỗn hợp nén được đánh lửa bởi bugi, sau đó hỗn hợp làm việc làm quay rôto và thoát ra ống xả. Nguyên tắc phân biệt chính là trong động cơ piston quay, buồng làm việc không tĩnh, mà được hình thành do chuyển động của rôto.
Thiết bị
Trước khi tìm hiểu thiết bị, bạn nên biết các bộ phận chính của động cơ piston quay. Động cơ Wankel bao gồm:
- vỏ stato;
- rôto;
- một bộ bánh răng;
- trục lệch tâm;
- bugi (đánh lửa và đốt sau).
Động cơ quay là một đơn vị đốt trong. Trong động cơ này, tất cả 4 giai đoạn làm việc đều xảy ra đầy đủ, tuy nhiên, đối với mỗi giai đoạn có một buồng riêng của nó, được tạo thành bởi rôto bằng chuyển động quay.
Khi đánh lửa, bộ khởi động sẽ quay bánh đà và động cơ khởi động. Đang quay, rôto, thông qua trục bánh răng, truyền mô men xoắn đến trục lệch tâm (đối với động cơ piston, đây là trục cam).
Kết quả của quá trình làm việc của động cơ Wankel là sự hình thành áp suất của hỗn hợp làm việc, buộc các chuyển động quay của rôto lặp đi lặp lại nhiều lần, truyền mômen quay cho bộ truyền động.
Trong động cơ này, các xilanh, piston, trục khuỷu với các thanh nối thay thế toàn bộ vỏ stato bằng rôto. Nhờ đó, thể tích của động cơ giảm đi đáng kể, đồng thời công suất cao gấp nhiều lần so với động cơ cổ điển có cơ cấu tay quay, cùng phân khối. Thiết kế này có hộp số cao cũng do tổn thất ma sát thấp.
Nhân tiện, tốc độ vận hành của động cơ có thể vượt quá 7000 vòng / phút, trong khi động cơ Mazda Wankel (dành cho thi đấu thể thao) vượt quá 10000 vòng / phút.
Thiết kế
Một trong những ưu điểm chính của bộ phận này là sự nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ hơn so với các động cơ cổ điển có cùng kích thước. Bố cục cho phép bạn giảm đáng kể trọng tâm và điều này có lợi cho sự ổn định và độ sắc nét của điều khiển. Máy bay nhỏ, ô tô thể thao và xe cơ giới đã sử dụng và vẫn sử dụng lợi thế này.
Câu chuyện
Lịch sử nguồn gốc và sự lan rộng của động cơ Wankel sẽ cho phép bạn hiểu rõ hơn tại sao nó là động cơ tốt nhất vào thời đó và tại sao nó bị bỏ rơi ngày nay.
Những phát triển ban đầu
Năm 1951, công ty NSU Motorenwerke của Đức đã phát triển hai động cơ: động cơ đầu tiên - của Felix Wankel, dưới tên DKM, và động cơ thứ hai - KKM của Hans Paschke (dựa trên sự phát triển của Wankel).
Cơ sở hoạt động của bộ phận Wankel là chuyển động quay riêng biệt của thân và rôto, do đó số vòng quay hoạt động đạt 17000 vòng mỗi phút. Điều bất tiện là phải tháo động cơ ra để thay bugi. Nhưng động cơ KKM có phần thân cố định và thiết kế của nó đơn giản hơn nhiều so với nguyên mẫu chính.
Giấy phép đã cấp
Năm 1960, NSU Motorenwerke đã ký một thỏa thuận với công ty sản xuất Curtiss-Wright Corporation của Mỹ. Hợp đồng dành cho các kỹ sư Đức tập trung phát triển động cơ piston quay nhỏ cho xe hạng nhẹ, trong khi Curtis-Wright của Mỹ tham gia phát triển động cơ máy bay. Kỹ sư cơ khí người Đức Max Bentele cũng được thuê làm nhà thiết kế.
Đại đa số các nhà sản xuất xe hơi toàn cầu, bao gồm Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda và nhiều hãng khác. Năm 1959, công ty Mỹ giới thiệu phiên bản cải tiến của động cơ Wankel, và một năm sau, Rolls Royce của Anh giới thiệu động cơ piston quay diesel hai tầng của mình.
Trong khi đó, một số nhà sản xuất ô tô châu Âu bắt đầu cố gắng trang bị động cơ mới cho ô tô nhưng không phải tất cả đều được ứng dụng: GM từ chối, Citroen cố gắng phát triển động cơ có piston phản lực cho máy bay và Mercedes-Benz lắp động cơ piston quay. trong mô hình C 111 thực nghiệm.
Năm 1961, tại Liên Xô, NAMI cùng với các viện nghiên cứu khác bắt đầu phát triển động cơ Wankel. Nhiều tùy chọn đã được thiết kế, một trong số họ đã tìm thấy ứng dụng của nó trong xe VAZ-2105 cho KGB. Số lượng chính xác động cơ được lắp ráp không được biết, nhưng nó không vượt quá vài chục.
Nhân tiện, nhiều năm sau, chỉ có công ty ô tô Mazda thực sự tìm thấy việc sử dụng động cơ pít-tông quay. Một ví dụ nổi bật về điều này là mẫu RX-8.
Phát triển xe máy
Tại Anh, nhà sản xuất xe máy Norton Motorcycles đã phát triển động cơ piston quay làm mát bằng không khí Sachs dành cho các loại xe có động cơ. Bạn có thể tìm hiểu thêm về quá trình phát triển bằng cách đọc về mô tô Hercules W-2000.
Suzuki không đứng sang một bên, và cũng phát hành xe máy của riêng mình. Tuy nhiên, các kỹ sư đã cẩn thận nghiên cứu thiết kế của động cơ, sử dụng phương pháp nhiệt thành, giúp tăng đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị.
Sự phát triển cho ô tô
Sau khi ký hợp đồng nghiên cứu giữa Mazda và NSU, các công ty bắt đầu cạnh tranh chức vô địch trong việc sản xuất chiếc xe đầu tiên với một đơn vị Wankel. Kết quả là vào năm 1964, NSU đã trình làng chiếc xe đầu tiên của mình, NSU Spider, để đáp lại, Mazda đã trình làng một nguyên mẫu động cơ 2 và 4 cánh quạt. Sau 3 năm, NSU Motorenwerke cho ra mắt mẫu Ro 80 nhưng lại nhận được nhiều đánh giá tiêu cực do nhiều lần hỏng hóc trên nền thiết kế không hoàn hảo. Vấn đề này đã không được giải quyết cho đến năm 1972 và công ty sau 7 năm bị Audi hấp thụ, và động cơ Wankel đã trở nên tồi tệ.
Nhà sản xuất Nhật Bản Mazda thông báo rằng các kỹ sư của họ đã giải quyết được vấn đề bịt kín đầu (để giữ kín giữa các khoang), họ bắt đầu sử dụng động cơ không chỉ trong xe thể thao mà còn cả xe thương mại. Nhân tiện, chủ sở hữu của những chiếc xe Mazda có động cơ quay lưu ý phản ứng ga cao và độ đàn hồi của động cơ.
Mazda sau đó đã từ bỏ việc giới thiệu rộng rãi động cơ tiên tiến, chỉ lắp đặt nó trên các mẫu RX-7 và RX-8. Đối với RX-8, động cơ Renesis được thiết kế, đã được cải tiến theo nhiều cách, cụ thể là:
- các lỗ thoát khí được dịch chuyển để cải thiện việc xả đáy, giúp tăng sức mạnh đáng kể;
- thêm một số bộ phận bằng gốm để ngăn chặn sự biến dạng nhiệt;
- hệ thống quản lý động cơ điện tử được tư duy tốt;
- sự hiện diện của hai bugi (chính và cho đốt sau);
- thêm một áo nước để loại bỏ cặn carbon ở đầu ra.
Kết quả là, một động cơ nhỏ gọn với thể tích 1.3 lít và công suất khoảng 231 mã lực.
Lợi thế
Những ưu điểm chính của động cơ piston quay:
- Trọng lượng và kích thước thấp của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến cơ sở của thiết kế xe. Yếu tố này rất quan trọng khi thiết kế một chiếc xe thể thao với trọng tâm thấp.
- Chi tiết ít hơn. Điều này không chỉ cho phép bạn giảm chi phí bảo trì động cơ mà còn giảm tổn thất điện năng cho chuyển động hoặc quay của các bộ phận liên quan. Yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả cao.
- Với cùng một khối lượng như động cơ piston cổ điển, công suất của động cơ piston quay cao hơn 2-3 lần.
- Sự êm dịu và đàn hồi của công việc, không có dao động hữu hình do không có chuyển động qua lại của các bộ phận chính.
- Động cơ có thể chạy bằng xăng có trị số octan thấp.
- Phạm vi tốc độ vận hành rộng cho phép sử dụng hộp số với bánh răng ngắn hơn, cực kỳ thuận tiện cho điều kiện đô thị.
- "Giới hạn" của mô-men xoắn được cung cấp cho ⅔ của một chu kỳ, chứ không phải trong một phần tư, như trong động cơ Otto.
- Dầu động cơ thực tế không bị nhiễm bẩn, khoảng xả rộng hơn nhiều lần. Ở đây, dầu không bị đốt cháy, giống như trong động cơ piston, quá trình này xảy ra thông qua các vòng.
- Không có vụ nổ.
Nhân tiện, người ta đã chứng minh rằng ngay cả khi động cơ này đang cạn kiệt, tốn nhiều dầu, hoạt động ở độ nén thấp thì công suất của nó sẽ giảm đi đôi chút. Chính nhân phẩm này đã mua chuộc tôi để được lắp đặt động cơ piston quay trên máy bay.
Cùng với những ưu điểm ấn tượng, cũng có những nhược điểm đã ngăn cản động cơ piston quay tiên tiến đến được với đại chúng.
Hạn chế
- Quá trình đốt cháy không đủ hiệu quả, do đó mức tiêu thụ nhiên liệu tăng lên và tiêu chuẩn độc tính xấu đi. Vấn đề được giải quyết một phần bởi sự hiện diện của một bugi thứ hai đốt cháy hỗn hợp làm việc.
- Tiêu thụ dầu cao. Điểm bất lợi là do động cơ Wankel được bôi trơn quá mức, và ở một số nơi nhất định, đôi khi, dầu có thể bị cháy. Có lượng dầu dư thừa trong các khu vực đốt cháy dẫn đến tích tụ carbon. Họ đã cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách lắp đặt các đường ống "nhiệt" giúp cải thiện khả năng truyền nhiệt và cân bằng nhiệt độ dầu trong toàn bộ động cơ.
- Khó sửa chữa. Không phải tất cả các chuyên gia đều sẵn sàng giải quyết việc sửa chữa động cơ Wankel một cách chuyên nghiệp. Về mặt cấu tạo, động cơ không phức tạp hơn động cơ cổ điển, nhưng có nhiều sắc thái, nếu không tuân thủ sẽ dẫn đến hỏng động cơ sớm. Vì vậy, chúng tôi cộng thêm chi phí sửa chữa cao.
- Tài nguyên thấp. Đối với chủ sở hữu Mazda RX-8, quãng đường 80 km có nghĩa là đã đến lúc phải thực hiện một cuộc đại tu lớn. Thật không may, sự nhỏ gọn và hiệu quả cao như vậy phải trả giá bằng những sửa chữa phức tạp và tốn kém sau mỗi 000-80 nghìn km.
Câu hỏi và trả lời:
Sự khác biệt giữa động cơ quay và động cơ piston là gì? Không có piston trong động cơ quay, có nghĩa là chuyển động qua lại không được sử dụng để quay trục động cơ đốt trong - rôto ngay lập tức quay trong đó.
Động cơ quay trên ô tô là gì? Đây là một bộ phận nhiệt (nó hoạt động do sự đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí), chỉ nó sử dụng một cánh quạt quay, trên đó có một trục được cố định, sẽ đi đến hộp số.
Tại sao một động cơ quay lại tệ như vậy? Nhược điểm chính của động cơ quay là tài nguyên làm việc rất nhỏ do phớt giữa các buồng đốt của tổ máy bị mòn nhanh (góc làm việc thay đổi liên tục và nhiệt độ không đổi giảm xuống).
