Motore Wankel: dispositivo, principio di funzionamento

2024 Autore: Erin Ralphs | [email protected]. Ultima modifica: 2024-02-19 17:04

Il motore a combustione interna è una brillante invenzione dell'umanità. Grazie al motore a combustione interna, il progresso tecnico iniziò a svilupparsi in modo significativo. Esistono diversi tipi di queste impostazioni. Ma i più famosi sono biella e pistone e pistone rotante. Quest'ultimo è stato inventato dall'ingegnere tedesco Wankel in collaborazione con W alter Freude. Questo propulsore ha un dispositivo e un principio di funzionamento diverso, rispetto al classico motore a combustione interna biella-pistone. Qual è il principio di funzionamento del motore Wankel e perché questo motore a combustione interna non è diventato così popolare? Considereremo tutto questo nel nostro articolo di oggi.

Caratteristica

Allora, cos'è questo motore? Questo è un motore a combustione interna sviluppato da Felix Wankel nel 1957. La funzione del pistone in questa unità era svolta da un rotore a tre vertici. Ruotava all'interno di una cavità dalla forma speciale.

Dopo una serie di modelli sperimentali di motociclette e automobili avvenuti negli anni '70 del secolo scorso, la richiesta del motore Wankel è diminuita in modo significativo. Anche se oggi un certo numero di aziende stanno ancora lavorandomiglioramento di questo motore. Quindi, puoi incontrare il motore Wankel sulla serie Mazda PX. Inoltre, questa unità ha trovato la sua applicazione nella modellazione.

Dispositivo motore Wankel

Questa unità di alimentazione è composta da diversi componenti:

• Casi (statori).
• Camere di combustione.
• Porte di ingresso e uscita.
• Attrezzatura fissa.
• Ruota dentata.
• Rotore.
• Vale.
• Candele.

Qual è il principio di funzionamento del motore Wankel? Lo esamineremo di seguito.

Principio di funzionamento

Questo ICE funziona come segue. Il rotore, montato su un albero eccentrico tramite cuscinetti, è azionato dalla forza della pressione del gas, che si è formata a seguito della combustione della miscela aria-carburante. Il rotore del motore rispetto allo statore attraverso una coppia di ingranaggi. Uno di questi (grande) si trova sulla superficie interna del rotore. Il secondo (supporto) è più piccolo ed è saldamente fissato al coperchio laterale del motore. Attraverso l'interazione degli ingranaggi, il rotore produce movimenti circolari eccentrici. Pertanto, i suoi bordi sono in contatto con la superficie interna della camera di combustione.

Di conseguenza, si formano diverse camere isolate di volume variabile tra l'alloggiamento del motore e il rotore. Il loro numero è sempre 3. In queste camere avviene il processo di compressione della miscela, la sua combustione, l'espansione dei gas (che successivamente esercitano pressione sulla superficie di lavoro del rotore) e la loro rimozione. Di conseguenzaaccensione del carburante, il rotore viene azionato, trasferendo la coppia all'albero eccentrico. Quest'ultimo è montato su cuscinetti e poi trasferisce potenza alle unità di trasmissione. E solo allora il momento delle forze del motore Wankel passa alle ruote secondo lo schema classico - attraverso una trasmissione cardanica e semiassi ai mozzi. Pertanto, più coppie meccaniche lavorano contemporaneamente in un motore rotativo. Il primo è responsabile del movimento del rotore ed è costituito da più ingranaggi. Il secondo de converte il movimento del rotore in giri dell'albero eccentrico.

Il rapporto di trasmissione dello statore (alloggiamento) e degli ingranaggi è sempre stabile ed è 3:2. Pertanto, il rotore ha il tempo di ruotare per un giro completo dell'albero di 120 gradi. A sua volta, per un giro completo del rotore, viene eseguito un ciclo di funzionamento a quattro tempi del motore a combustione interna in ciascuna delle tre camere formate dalle facce.

Vantaggi

Quali sono i vantaggi di questo motore a combustione interna? Il motore a pistoni rotanti Wankel ha un design più semplice rispetto al motore a stelo. Quindi, il numero di parti al suo interno è inferiore del 40% rispetto a un motore a combustione interna a pistoni a quattro tempi. Tuttavia, non è possibile creare un motore Wankel con le proprie mani senza attrezzature sofisticate. Dopotutto, il rotore ha una forma molto complessa. Coloro che hanno provato a realizzare un motore Wankel fatto in casa con le proprie mani hanno subito numerosi fallimenti.

Ma andiamo avanti con i vantaggi. Nel design dell'unità rotante non c'è albero a gomiti, meccanismo di distribuzione del gas. Inoltre non ci sono bielle epistoni. La miscela combustibile entra nella camera attraverso la finestra di ingresso, che viene aperta dal bordo del rotore. E i gas di scarico alla fine del ciclo di lavoro vengono rilasciati dal corpo attraverso la luce di scarico. Anche in questo caso, il ruolo della valvola qui è svolto dal bordo del rotore stesso. Inoltre, non è presente un albero a camme nel design (di cui molti sono ora utilizzati sulle unità a biella). Il motore a pistoni rotanti Wankel è simile a uno a due tempi in termini di principio di funzionamento del meccanismo di distribuzione del gas.

Separatamente, vale la pena menzionare il sistema di lubrificazione. Infatti, è assente nel motore rotativo Wankel. Ma come funzionano allora le coppie di attrito? È semplice: l'olio viene aggiunto alla miscela combustibile stessa (come nei motori delle motociclette primitive). Pertanto, la lubrificazione delle parti di sfregamento viene effettuata dalla stessa miscela aria-carburante. Il design manca della pompa dell'olio familiare a tutti, che preleva il lubrificante dalla coppa e lo spruzza sotto una pressione speciale.

Un altro vantaggio del motore Wankel è la sua leggerezza e le sue dimensioni. Poiché qui mancano quasi la metà delle parti obbligatorie nei motori a pistoni, l'unità rotante è più compatta e può adattarsi a qualsiasi vano motore. le dimensioni compatte consentono di utilizzare lo spazio del vano motore in modo più razionale, oltre a fornire un carico più uniforme sugli assi anteriore e posteriore (dopotutto, nelle auto con motori convenzionali, oltre il 70 percento del carico ricade sull'anteriore parte). E grazie al peso ridotto, si ottiene un'elevata stabilità. Sì, il motore ce l'halivello minimo di vibrazioni, che ha un effetto positivo sul comfort della macchina.

Il prossimo vantaggio di questa unità è l'elevata potenza specifica, che si ottiene a velocità dell'albero elevate. Questa caratteristica consente di ottenere buone caratteristiche tecniche. Questo è il motivo per cui il motore Wankel è utilizzato nelle auto sportive Mazda. Il motore gira facilmente fino a sette o più mille giri. Allo stesso tempo, fornisce molta più coppia e potenza a un volume ridotto. Tutto ciò ha un effetto positivo sulla dinamica di accelerazione della vettura. Ad esempio, puoi prendere l'auto "Mazda RX-8". Con un volume di 1,3 litri, il motore produce 210 cavalli.

Difetti di progettazione

Considerando il dispositivo e il principio di funzionamento del motore rotativo Wankel, vale la pena notare il principale difetto di progettazione. Questa è la bassa efficienza delle guarnizioni tra la camera di combustione e il rotore. Quest'ultimo ha una forma piuttosto complessa, che richiede una tenuta affidabile non solo lungo i bordi (di cui sono quattro in totale), ma anche lungo la superficie laterale (che è a contatto con il cofano motore). Allo stesso tempo sono realizzati sotto forma di nastri in acciaio molleggiati con lavorazioni particolarmente precise sia dalle estremità che dai piani di lavoro. Tutte le quote di espansione durante il riscaldamento, incorporate nel progetto, degradano queste caratteristiche. Per questo motivo, è impossibile evitare la fuoriuscita di gas nei punti terminali delle piastre di tenuta. Nei motori a pistoni viene applicato l'effetto labirinto. Quindi, il design utilizza tre anelli di tenuta con spazi vuoti in direzioni diverse.

Ma vale la pena notare che negli ultimi anni la qualità dei sigilli è aumentata. I progettisti hanno migliorato il motore Wankel, utilizzando nuovi materiali per le guarnizioni. Tuttavia, il passaggio del gas è considerato il punto più debole in un motore rotativo a combustione interna.

Consumo di petrolio

Come abbiamo detto prima, non c'è un sistema di lubrificazione in quanto tale in questo motore. A causa del fatto che l'olio entra insieme alla miscela combustibile, il suo consumo aumenta in modo significativo. E se sui motori a biella la perdita naturale di lubrificante è esclusa o non supera i 100 grammi ogni mille chilometri, sui motori rotativi questo parametro varia da 0,4 a 1 litro per mille chilometri. Questo perché il complesso sistema di tenuta richiede una lubrificazione più efficace delle superfici. Inoltre, a causa dell'elevato consumo di olio, questi motori non possono soddisfare i moderni standard ambientali. I gas di scarico delle auto con motore Wankel contengono molte sostanze pericolose per l'organismo e l'ambiente.

Inoltre, il motore rotativo poteva funzionare solo con oli costosi e di alta qualità. Ciò è dovuto a diversi fattori:

• Tendenza di contatto con parti della camera del motore e del rotore a un'usura elevata.
• La tendenza delle coppie di attrito a surriscaldarsi.

Altri problemi

Cambi d'olio irregolari minacciavano di ridurre la vita del motore a combustione interna, poiché le particelle del vecchio lubrificante fungevano da abrasivo, aumentando gli spazi vuoti e la probabilità di sfondamento dei gas di scarico nella camera. Questa unità si incunea anche quando è surriscaldata. E quando si guida con tempo freddo,il raffreddamento potrebbe essere stato eccessivo.

L'RPD stesso ha una temperatura di esercizio più alta rispetto a qualsiasi motore a pistoni. La camera di combustione è considerata la più caricata. ha un piccolo volume. E a causa della forma estesa, la camera è soggetta a detonazione. Oltre all'olio, il motore Wankel richiede la qualità delle candele. Sono installati in coppia e cambiati rigorosamente secondo le norme tecniche. Tra gli altri punti, vale la pena notare l'insufficiente elasticità del motore rotativo. Quindi, questi motori a combustione interna possono produrre eccellenti caratteristiche di velocità e potenza solo a velocità del rotore elevate, da 6 a 10 o più migliaia al minuto. Questa caratteristica costringe i progettisti a perfezionare il design dei riduttori, rendendoli multistadio.

Un altro svantaggio è l'elevato consumo di carburante. Ad esempio, se prendi un motore a pistoni rotanti Mazda RX-8 da 1,3 litri, secondo i dati del passaporto, consuma da 14 a 18 litri di carburante. Inoltre, si consiglia di utilizzare solo benzina ad alto numero di ottani.

Informazioni sull'applicazione dell'RPD nell'industria automobilistica

Questo motore era più popolare alla fine degli anni '60 e all'inizio degli anni '70 del secolo scorso. Il brevetto Wankel RPD è stato acquisito da 11 importanti case automobilistiche. Così, nel 67° anno, la NSU sviluppò la prima auto di classe business con motore rotativo, chiamata NSU RO 80. Questo modello fu prodotto in serie per 10 anni. In totale sono state rilasciate più di 37mila copie. L'auto era popolare, ma le carenze del motore rotativo alla fine hanno offuscato la reputazione di questa vettura. Sullo sfondo degli altriModelli NSU, la berlina NSU RO 80 era la più inaffidabile. Il chilometraggio prima della revisione era di soli 50mila con i 100. dichiarati

Inoltre, la società Peugeot-Citroen, la società Mazda e lo stabilimento VAZ hanno sperimentato motori rotativi (parleremo di questo caso separatamente di seguito). I giapponesi ottennero il maggior successo rilasciando un'autovettura con motore rotativo nel 63esimo anno. Al momento, i giapponesi stanno ancora equipaggiando RPD sulle loro auto sportive della serie RX. Fino ad oggi, sono esenti da molte delle "malattie infantili" che erano inerenti al RAP di quel tempo.

Wankel RPD e industria motociclistica

Negli anni '70 e '80 del secolo scorso, alcune case motociclistiche sperimentarono i motori rotativi. Questi sono Ercole e Suzuki. Ora la produzione in serie di motociclette rotative è stata stabilita solo a Norton. Questo marchio produce moto sportive NRV588 dotate di motori a doppio rotore con un volume totale di 588 centimetri cubi. La potenza della bici Norton è di 170 cavalli. con un peso a vuoto di 130 chilogrammi, questa motocicletta ha eccellenti prestazioni dinamiche. Inoltre, questi RPD sono dotati di un sistema di iniezione elettronica del carburante e di un tratto di aspirazione variabile.

Fatti interessanti

Queste unità di potenza sono ampiamente utilizzate tra i modellisti di aerei. Poiché non ci sono requisiti di efficienza e affidabilità nel modello di motore a combustione interna, la produzione di tali motori si è rivelata economica. In tali motori a combustione interna, non ci sono guarnizioni del rotore o hanno il design più primitivo. Il vantaggio principale di questounità modello di aeromobile è che è facile da installare in un modello in scala di volo. L'ICE è leggero e compatto.

Un altro fatto: Felix Wankel, dopo aver ricevuto un brevetto per RPD nel 1936, divenne l'inventore non solo di motori rotativi, ma anche di compressori e pompe che funzionavano secondo lo stesso schema. Tali unità possono essere trovate nelle officine di riparazione e in produzione. A proposito, le pompe di gonfiaggio per pneumatici elettriche portatili sono progettate esattamente secondo questo principio.

Auto RPD e VAZ

In epoca sovietica, erano anche impegnati nella creazione di un motore a pistoni rotanti e nella sua installazione su auto VAZ domestiche. Quindi, il primo RPD in URSS fu il motore VAZ-311 con una capacità di 70 cavalli. È stato creato sulla base dell'unità giapponese 13V. Ma poiché la creazione del motore è stata eseguita secondo piani non realistici, l'unità si è rivelata inaffidabile dopo essere stata messa in produzione in serie. La prima vettura con questo motore è stata la VAZ-21018.

Ma la storia dell'installazione del motore Wankel sul VAZ non finisce qui. La seconda consecutiva era l'unità di potenza VAZ-415, utilizzata in piccoli lotti sul G8 negli anni '80. Questo propulsore aveva caratteristiche tecniche migliori. La potenza con un volume di 1308 centimetri cubi è aumentata a 150 cavalli. Grazie a ciò, il VAZ-2108 sovietico con un motore rotativo accelerò a centinaia in 9 secondi. E la velocità massima era limitata a 190 chilometri orari. Ma questo motore non era privo di difetti. In particolare, è una piccola risorsa. Ha raggiunto a malapena gli 80milachilometri. Anche tra gli svantaggi vale la pena notare l' alto costo della creazione di un'auto del genere. Il consumo di olio era di 700 grammi ogni mille chilometri. Il consumo di carburante è di circa 20 litri per cento. Pertanto, l'unità rotante è stata utilizzata solo su veicoli per servizi speciali, in piccoli lotti.

Conclusione

Così abbiamo capito cos'è il motore Wankel. Questa unità rotante è ora utilizzata in serie solo sulle auto Mazda e solo su un modello. Nonostante numerosi miglioramenti e tentativi da parte degli ingegneri giapponesi di migliorare il design dell'RPD, ha ancora una risorsa piuttosto piccola ed è caratterizzato da un elevato consumo di olio. Inoltre, le nuove Mazda da 1,3 litri non differiscono per l'efficienza del carburante. Tutte queste carenze del motore rotativo lo rendono poco pratico e sottoutilizzato nell'industria automobilistica.