เครื่องยนต์ Wankel - อุปกรณ์และหลักการทำงานของรถ RPD
Содержание
ตลอดประวัติศาสตร์ของอุตสาหกรรมยานยนต์มีโซลูชั่นขั้นสูงมากมายการออกแบบชิ้นส่วนและชุดประกอบได้เปลี่ยนไป กว่า 30 ปีที่แล้วความพยายามอย่างแข็งขันเริ่มเปลี่ยนเครื่องยนต์ลูกสูบไปทางด้านข้างทำให้เครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่ Wankel ได้เปรียบ อย่างไรก็ตามเนื่องจากหลายสถานการณ์มอเตอร์โรตารี่ไม่ได้รับสิทธิในการดำรงชีวิต อ่านข้อมูลทั้งหมดนี้ด้านล่าง
หลักการของการดำเนินงาน
โรเตอร์มีรูปทรงสามเหลี่ยมในแต่ละด้านมีรูปร่างนูนที่ทำหน้าที่เป็นลูกสูบ โรเตอร์แต่ละข้างมีช่องพิเศษที่ให้พื้นที่มากขึ้นสำหรับส่วนผสมของอากาศเชื้อเพลิงซึ่งจะช่วยเพิ่มความเร็วในการทำงานของเครื่องยนต์ ด้านบนของขอบมีแผ่นกั้นปิดผนึกขนาดเล็กที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการตีแต่ละครั้ง ทั้งสองด้านโรเตอร์มีวงแหวนปิดผนึกที่เป็นผนังของห้อง ตรงกลางของโรเตอร์มีฟันด้วยความช่วยเหลือของกลไกที่หมุน
หลักการทำงานของเครื่องยนต์ Wankel นั้นแตกต่างจากรุ่นคลาสสิกอย่างสิ้นเชิง แต่จะรวมเข้าด้วยกันโดยกระบวนการเดียวซึ่งประกอบด้วย 4 จังหวะ (ไอดี - อัด - จังหวะการทำงาน - ไอเสีย) น้ำมันเชื้อเพลิงจะเข้าสู่ห้องที่เกิดขึ้นครั้งแรกบีบอัดในห้องที่สองจากนั้นโรเตอร์จะหมุนและส่วนผสมที่ถูกบีบอัดจะถูกจุดโดยหัวเทียนหลังจากส่วนผสมที่ใช้งานได้หมุนโรเตอร์และออกไปยังท่อร่วมไอเสีย หลักการแตกต่างหลักคือในมอเตอร์ลูกสูบโรตารีห้องทำงานไม่คงที่ แต่เกิดจากการเคลื่อนที่ของโรเตอร์
เครื่อง
ก่อนทำความเข้าใจอุปกรณ์คุณควรทราบส่วนประกอบหลักของมอเตอร์ลูกสูบโรตารี เครื่องยนต์ Wankel ประกอบด้วย:
- ที่อยู่อาศัยสเตเตอร์
- โรเตอร์;
- ชุดเกียร์
- เพลานอกรีต
- หัวเทียน (จุดไฟและหลังจากการเผาไหม้)
มอเตอร์หมุนเป็นหน่วยสันดาปภายใน ในมอเตอร์นี้การทำงานทั้ง 4 จังหวะเกิดขึ้นเต็มรูปแบบอย่างไรก็ตามสำหรับแต่ละเฟสจะมีห้องของตัวเองซึ่งเกิดจากโรเตอร์โดยการเคลื่อนที่แบบหมุน
เมื่อเปิดสวิตช์กุญแจสตาร์ทเตอร์จะหมุนมู่เล่และสตาร์ทเครื่องยนต์ การหมุนโรเตอร์ผ่านเม็ดมะยมส่งแรงบิดไปยังเพลานอกรีต (สำหรับเครื่องยนต์ลูกสูบนี่คือเพลาลูกเบี้ยว)
ผลลัพธ์ของการทำงานของเครื่องยนต์ Wankel ควรเป็นการก่อตัวของความดันของส่วนผสมที่ใช้งานได้บังคับให้การเคลื่อนที่แบบหมุนของโรเตอร์ทำซ้ำอีกครั้งและอีกครั้งส่งแรงบิดไปยังระบบส่งกำลัง
ในมอเตอร์นี้กระบอกสูบลูกสูบเพลาข้อเหวี่ยงพร้อมแท่งเชื่อมต่อจะแทนที่ตัวเรือนสเตเตอร์ทั้งหมดด้วยโรเตอร์ ด้วยเหตุนี้ระดับเสียงของเครื่องยนต์จึงลดลงอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่กำลังสูงกว่ามอเตอร์คลาสสิกหลายเท่าที่มีกลไกข้อเหวี่ยงโดยมีระดับเสียงเท่ากัน การออกแบบนี้มีกระปุกเกียร์สูงเนื่องจากการสูญเสียแรงเสียดทานต่ำ
อย่างไรก็ตามความเร็วในการทำงานของเครื่องยนต์สามารถเกิน 7000 รอบต่อนาทีในขณะที่เครื่องยนต์ Mazda Wankel (สำหรับการแข่งขันกีฬา) มีรอบการหมุนเกิน 10000 รอบต่อนาที
ออกแบบ
ข้อดีหลักอย่างหนึ่งของเครื่องนี้คือความกะทัดรัดและน้ำหนักที่เบากว่าเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์แบบคลาสสิกที่มีขนาดเท่ากัน เลย์เอาต์ช่วยให้คุณลดจุดศูนย์ถ่วงได้อย่างมากซึ่งส่งผลดีต่อเสถียรภาพและความคมชัดของการควบคุม เครื่องบินขนาดเล็ก รถสปอร์ต และยานยนต์ได้ใช้และยังคงใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบนี้
เรื่องราว
ประวัติความเป็นมาของการกำเนิดและการแพร่กระจายของเครื่องยนต์ Wankel จะช่วยให้คุณเข้าใจได้ดีขึ้นว่าเหตุใดจึงเป็นเครื่องยนต์ที่ดีที่สุดในสมัยนั้นและเหตุใดจึงถูกทิ้งในปัจจุบัน
การพัฒนาในช่วงต้น
ในปี 1951 บริษัท NSU Motorenwerke ของเยอรมันได้พัฒนาเครื่องยนต์สองเครื่อง: เครื่องแรก - โดย Felix Wankel ภายใต้ชื่อ DKM และเครื่องที่สอง - KKM ของ Hans Paschke (ตามการพัฒนาของ Wankel)
พื้นฐานของการทำงานของหน่วย Wankel คือการหมุนที่แยกจากกันของร่างกายและโรเตอร์เนื่องจากการหมุนรอบการทำงานสูงถึง 17000 ต่อนาที ความไม่สะดวกคือต้องถอดชิ้นส่วนเครื่องยนต์เพื่อเปลี่ยนหัวเทียน แต่เครื่องยนต์ KKM มีตัวถังที่คงที่และการออกแบบนั้นเรียบง่ายกว่าต้นแบบหลักมาก
ใบอนุญาตที่ออก
ในปีพ. ศ. 1960 NSU Motorenwerke ได้ลงนามในข้อตกลงกับ บริษัท ผู้ผลิตสัญชาติอเมริกัน Curtiss-Wright Corporation สัญญานี้มีไว้สำหรับวิศวกรชาวเยอรมันเพื่อมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่ขนาดเล็กสำหรับยานพาหนะขนาดเล็กในขณะที่ American Curtis-Wright มีส่วนร่วมในการพัฒนาเครื่องยนต์เครื่องบิน Max Bentele วิศวกรเครื่องกลชาวเยอรมันยังได้รับการว่าจ้างให้เป็นผู้ออกแบบ
ผู้ผลิตรถยนต์ระดับโลกส่วนใหญ่ เช่น Citroen, Porsche, Ford, Nissan, GM, Mazda และอื่นๆ อีกมากมาย ในปี 1959 บริษัทอเมริกันได้เปิดตัวเครื่องยนต์ Wankel รุ่นปรับปรุง และอีกหนึ่งปีต่อมา British Rolls Royce ได้แสดงเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่ดีเซลแบบสองขั้นตอน
ในระหว่างนี้ ผู้ผลิตรถยนต์ในยุโรปบางรายเริ่มพยายามติดตั้งเครื่องยนต์ใหม่ให้กับรถยนต์ แต่ไม่พบการใช้งานทั้งหมด: GM ปฏิเสธ Citroen มุ่งมั่นที่จะพัฒนาเครื่องยนต์ที่มีลูกสูบแบบลูกสูบสำหรับเครื่องบิน และ Mercedes-Benz ได้ติดตั้งเครื่องยนต์ลูกสูบแบบหมุน ในรุ่นทดลอง C 111
ในปีพ. ศ. 1961 ในสหภาพโซเวียต NAMI ร่วมกับสถาบันวิจัยอื่น ๆ ได้เริ่มพัฒนาเครื่องยนต์ Wankel ตัวเลือกมากมายได้รับการออกแบบหนึ่งในนั้นพบการประยุกต์ใช้ในรถยนต์ VAZ-2105 สำหรับ KGB ไม่ทราบจำนวนมอเตอร์ที่ประกอบที่แน่นอน แต่ต้องไม่เกินหลายโหล
อย่างไรก็ตาม หลายปีต่อมา มีเพียงบริษัทยานยนต์ Mazda เท่านั้นที่พบการใช้งานเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารีอย่างแท้จริง ตัวอย่างที่เด่นชัดคือรุ่น RX-8
การพัฒนารถจักรยานยนต์
ในสหราชอาณาจักร Norton Motorcycles ผู้ผลิตรถจักรยานยนต์ได้พัฒนาเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่ระบายความร้อนด้วยอากาศของ Sachs สำหรับยานยนต์ คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการพัฒนานี้ได้โดยอ่านเกี่ยวกับรถมอเตอร์ไซค์ Hercules W-2000
ซูซูกิไม่ได้ยืนเคียงข้างและยังปล่อยรถจักรยานยนต์ของตัวเอง อย่างไรก็ตาม วิศวกรได้ออกแบบมอเตอร์อย่างระมัดระวัง โดยใช้เฟอร์โรอัลลอย ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของตัวเครื่องได้อย่างมาก
การพัฒนาสำหรับรถยนต์
หลังจากลงนามในสัญญาการวิจัยระหว่าง Mazda และ NSU บริษัทต่างๆ ก็เริ่มแข่งขันกันเพื่อชิงแชมป์ในการผลิตรถยนต์คันแรกด้วยหน่วย Wankel เป็นผลให้ในปี 1964 NSU ได้นำเสนอรถยนต์คันแรกคือ NSU Spider มาสด้าได้นำเสนอต้นแบบของเครื่องยนต์ 2 และ 4 โรเตอร์ หลังจาก 3 ปี NSU Motorenwerke ได้เปิดตัวรุ่น Ro 80 แต่ได้รับการวิจารณ์เชิงลบมากมายเนื่องจากความล้มเหลวมากมายกับพื้นหลังของการออกแบบที่ไม่สมบูรณ์ ปัญหานี้ไม่ได้รับการแก้ไขจนถึงปี 1972 และบริษัท Audi ถูกดูดซับโดย Audi 7 ปีต่อมา และเครื่องยนต์ของ Wankel ก็กลายเป็นที่รู้จักไปแล้ว
Mazda ผู้ผลิตสัญชาติญี่ปุ่นประกาศว่าวิศวกรของพวกเขาได้แก้ปัญหาในการปิดผนึกด้านบน (เพื่อความแน่นระหว่างห้อง) พวกเขาเริ่มใช้มอเตอร์ไม่เพียง แต่ในรถสปอร์ตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงรถเพื่อการพาณิชย์ด้วย อย่างไรก็ตามเจ้าของรถยนต์มาสด้าที่มีเครื่องยนต์โรตารี่สังเกตเห็นการตอบสนองของคันเร่งและความยืดหยุ่นของเครื่องยนต์ที่สูง
ต่อมา Mazda ได้ละทิ้งการเปิดตัวเครื่องยนต์ขั้นสูงจำนวนมากโดยติดตั้งเฉพาะในรุ่น RX-7 และ RX-8 เท่านั้น สำหรับ RX-8 เครื่องยนต์ Renesis ได้รับการออกแบบซึ่งได้รับการปรับปรุงในหลาย ๆ ด้าน ได้แก่ :
- ช่องระบายไอเสียที่ถูกแทนที่เพื่อปรับปรุงการระเบิดซึ่งเพิ่มพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ
- เพิ่มชิ้นส่วนเซรามิกบางส่วนเพื่อป้องกันการบิดเบือนความร้อน
- ระบบการจัดการเครื่องยนต์อิเล็กทรอนิกส์ที่ผ่านการคิดมาอย่างดี
- การมีอยู่ของหัวเทียนสองหัว (หลักและสำหรับ afterburner);
- เพิ่มเสื้อสูบน้ำเพื่อกำจัดการสะสมของคาร์บอนที่เต้าเสียบ
เป็นผลให้ได้เครื่องยนต์ขนาดกะทัดรัดที่มีปริมาตร 1.3 ลิตรและกำลังขับประมาณ 231 แรงม้า
ข้อดี
ข้อดีหลักของเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี:
- น้ำหนักและขนาดที่ต่ำซึ่งส่งผลโดยตรงต่อพื้นฐานของการออกแบบรถ ปัจจัยนี้มีความสำคัญเมื่อออกแบบรถสปอร์ตที่มีจุดศูนย์ถ่วงต่ำ
- รายละเอียดน้อยลง สิ่งนี้ไม่เพียงช่วยให้คุณลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามอเตอร์ แต่ยังช่วยลดการสูญเสียพลังงานสำหรับการเคลื่อนที่หรือการหมุนชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้อง ปัจจัยนี้มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพสูง
- ด้วยปริมาตรเดียวกับเครื่องยนต์ลูกสูบแบบคลาสสิกกำลังของเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่จะสูงกว่า 2-3 เท่า
- ความราบรื่นและความยืดหยุ่นของการทำงานไม่มีการสั่นสะเทือนที่จับต้องได้เนื่องจากไม่มีการเคลื่อนไหวซึ่งกันและกันของหน่วยหลัก
- เครื่องยนต์สามารถขับเคลื่อนด้วยน้ำมันเบนซินออกเทนต่ำ
- ช่วงความเร็วในการทำงานที่กว้างช่วยให้สามารถใช้เกียร์ที่มีเกียร์สั้นลงได้ซึ่งสะดวกมากสำหรับสภาพเมือง
- แรงบิด "ชั้นวาง" มีไว้สำหรับ⅔ของรอบไม่ใช่หนึ่งในสี่เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์ Otto
- น้ำมันเครื่องไม่ปนเปื้อนในทางปฏิบัติช่วงการระบายจะกว้างขึ้นหลายเท่า ที่นี่น้ำมันไม่ได้อยู่ภายใต้การเผาไหม้เช่นเดียวกับในมอเตอร์ลูกสูบกระบวนการนี้เกิดขึ้นผ่านวงแหวน
- ไม่มีการจุดชนวน
อย่างไรก็ตามมันได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแม้ว่าเครื่องยนต์นี้จะใกล้ถึงทรัพยากรสิ้นเปลืองน้ำมันมากทำงานด้วยกำลังอัดต่ำกำลังของมันจะลดลงเล็กน้อย มันเป็นข้อดีที่ติดสินบนฉันในการติดตั้งเครื่องยนต์ลูกสูบโรตารีบนเครื่องบิน
นอกจากข้อดีที่น่าประทับใจแล้วยังมีข้อเสียที่ทำให้เครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่ขั้นสูงไม่สามารถเข้าถึงฝูงได้
ข้อ จำกัด
- กระบวนการเผาไหม้ไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอเนื่องจากการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นและมาตรฐานความเป็นพิษลดลง ปัญหาได้รับการแก้ไขบางส่วนโดยการมีหัวเทียนที่สองซึ่งจะเผาส่วนผสมที่ใช้งานได้
- ใช้น้ำมันสูง ข้อเสียเกิดจากการที่เครื่องยนต์ Wankel มีการหล่อลื่นมากเกินไปและในบางสถานที่บางครั้งน้ำมันอาจไหม้ได้ มีน้ำมันส่วนเกินในโซนการเผาไหม้ส่งผลให้เกิดการสะสมของคาร์บอน พวกเขาพยายามจัดการกับปัญหานี้ด้วยการติดตั้งท่อ "ความร้อน" ที่ปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนและปรับอุณหภูมิน้ำมันให้เท่ากันตลอดทั้งเครื่องยนต์
- ความยากในการซ่อมแซม ผู้เชี่ยวชาญบางคนไม่พร้อมที่จะซ่อมเครื่องยนต์ Wankel อย่างมืออาชีพ โครงสร้างหน่วยไม่ซับซ้อนไปกว่ามอเตอร์แบบคลาสสิก แต่มีความแตกต่างมากมายการไม่ปฏิบัติตามซึ่งจะนำไปสู่ความล้มเหลวในช่วงต้นของเครื่องยนต์ ด้วยเหตุนี้เราจึงเพิ่มค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมที่สูง
- ทรัพยากรต่ำ สำหรับเจ้าของ Mazda RX-8 ระยะทาง 80 กม. หมายความว่าถึงเวลาทำการยกเครื่องครั้งใหญ่ น่าเสียดายที่ความกะทัดรัดและประสิทธิภาพสูงเช่นนี้จะต้องจ่ายไปกับการซ่อมแซมที่ซับซ้อนและมีราคาแพงทุกๆ 000-80 กิโลเมตร
คำถามและคำตอบ:
เครื่องยนต์โรตารี่กับเครื่องยนต์ลูกสูบต่างกันอย่างไร? ไม่มีลูกสูบในมอเตอร์แบบโรตารี่ ซึ่งหมายความว่าจะไม่ใช้การเคลื่อนที่แบบลูกสูบเพื่อหมุนเพลาเครื่องยนต์สันดาปภายใน - โรเตอร์จะหมุนในนั้นทันที
เครื่องยนต์โรตารี่ในรถยนต์คืออะไร? นี่คือหน่วยระบายความร้อน (ทำงานเนื่องจากการเผาไหม้ของส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิง) มีเพียงโรเตอร์ที่หมุนได้ซึ่งเพลาได้รับการแก้ไขซึ่งจะไปที่กระปุกเกียร์
ทำไมเครื่องยนต์โรตารี่ถึงแย่มาก? ข้อเสียเปรียบหลักของมอเตอร์แบบโรตารี่คือทรัพยากรการทำงานที่มีขนาดเล็กมาก เนื่องจากการสึกหรออย่างรวดเร็วของซีลระหว่างห้องเผาไหม้ของเครื่อง (มุมการทำงานจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและอุณหภูมิลดลงคงที่)
