Wankelův motor. Felix Wankelův rotační pístový motor

Hlavní typy spalovacích motorů a parních strojů mají jednu společnou nevýhodu. Skládá se ze skutečnosti, že vratný pohyb vyžaduje konverzi rotační pohyb. To zase způsobuje nízkou produktivitu a poměrně vysoké opotřebení součástí mechanismu, které jsou součástí různých typů motorů. Poměrně hodně lidí myslelo na vytvoření takového motoru, v němž se pohyblivé části otáčely. Pouze jedna osoba se však tomuto problému podařilo vyřešit. Felix Wankel - auto-učil mechanik - se stal vynálezcem rotační pístový motor. Během svého života tento člověk nedostával žádné speciální ani vyšší vzdělání. Zvažme ještě Wankelovu rotační-pístový motor.

Stručná biografie autora

Felix G. Wankel se narodil v roce 1902, 13. srpna, v městečku Lahr (Německo). V prvním světovém otci budoucího vynálezce zemřel. Z tohoto důvodu Wankel musel ukončit studium na gymnáziu a získat práci asistentkyně v knihkupectví na vydavatelství. Z tohoto důvodu byl závislý na čtení. Felix studoval technické charakteristiky motorů, automobilů a mechaniků nezávisle. Znalosti, které získal z knih, které byly prodány v obchodě. Předpokládá se, že později zavedený Wankelův motor (přesněji myšlenka na jeho vytvoření) navštívil ve snu. Není známo, zda je to pravda či nikoliv, ale jistě lze říci, že vynálezce měl neobvyklé schopnosti, zátěž mechanikům a zvláštní pohled na mnoho věcí.

První typy motorů

Vynálezce pochopil, jak je možné provádět všechny 4 cykly běžného motoru během otáčení. V roce 1924 vytvořil Wankel malou dílnu. Pracovala také jako laboratoř. Právě zde Felix Wankel začal studovat systémy s rotačními písty. V roce 1936 model, který shromáždil vynálezce, zaujal společnost "BMW". Wankel obdržel peníze, dostal vlastní laboratoř v Lindau. Tam musel vyvinout prototypy leteckých motorů. Nicméně až do samého konce druhé světové války nebyl do hromadné výroby zaslán žádný rotační motor firmy Wankel. To bylo pravděpodobně způsobeno skutečností, že trvalo spoustu času, kdy se design dostal do provozuschopného stavu a uspořádal hromadnou výrobu.

Poválečné roky

Po porážce fašismu byla laboratoř uzavřena a veškeré vybavení tam bylo předáno do Francie. V důsledku toho zůstal Wankel bez práce. To bylo způsobeno jeho bývalým členstvím v Národní socialistické straně. Ale po krátké době byl Felix pozván do společnosti NSU jako konstruktér. Tato společnost byla v té době považována za nejstaršího výrobce automobilů a motocyklů.

Prototyp

V roce 1957 byl díky podpoře Waltera Fredea (vedoucího inženýra NSU) poprvé nasazen motor s rotačními písty. Motor byl nainstalován na NSU Prinz. Původní design však byl zdaleka dokonalý. Bylo to tak složité, že dokonce i při výměně zapalovací svíčky bylo nutné rozebrat téměř celý motor. Návrh byl navíc velmi nespolehlivý, nehospodárný a měl velmi nízkou účinnost. Wankelův motor v souvislosti s tím nepřišel do série. Automaty šly na dopravník s tradičním motorem. Nicméně motor s rotačními písty dokázal nejen právo existovat, ale také prokázal působivý potenciál pro tento čas. Vyhlídky na jeho použití byly natolik atraktivní, že konstruktéři nemohli nic zastavit. Vynálezce sám pochopil, že jeho potomci potřebovali zlepšení, usiloval o to, aby jak provoz, tak opravy motoru způsobily co nejmenší obtíže. Od této chvíle začal pracovat na přivedení motoru do provozní excelence.

Wankelův motor: design

Co je motor? V centru rotoru je kulatá díra. Je vnitřně zakrytý zuby, jako na převodu. Do otvoru se vloží hřídel s menším průměrem. Má také zuby. Zabraňují sklouznutí hřídele. Vztah průměrů je zvolen tak, že pohyb vrcholů trojúhelníků probíhá podél jedné uzavřené křivky. Nazývá se to "epitrochoid". Úkolem Wankela bylo začít pochopit, že práce takového mechanismu byla možná. Pak potřeboval přesně a správně počítat vše. Výsledkem je, že píst, vyrobený ve formě trojúhelníku Relo, odřízne tři komory s proměnlivou polohou a objemem.

Zvláštní funkce

Konstrukční charakteristika motoru je značně přínosná ve srovnání s běžnými motory. Zejména těsnění komor je zajištěno koncovými a radiálními těsnicími deskami. Jsou tlačeny na "válec" pomocí pružin pásu, tlaku plynu a odstředivá síla. Zvláštní pozornost by měla být věnována výkonům motoru. Celý cyklus provádí hřídel 3 plné otáčky. U konvenčního pístového motoru lze tento výsledek dosáhnout pomocí šesti válců.

Úvod do průmyslu

Po první úspěšné demonstraci v roce 1957 zaujal Wankelův motor největšími automobilovými giganty té doby. Takže první společností, která koupila licenci, byla společnost Curtiss-Wright. O rok později začaly vynálezy využívat takové známé společnosti jako Mazda, Friedrich Krupp, MAN a Daimler-Benz. Za poměrně krátkou dobu získala licence zhruba sto společností, včetně světově známých: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

Výhody

Jaké jsou výhody Wankelova motoru? Princíp fungování motoru spočívá v tom, že realizace jakéhokoliv čtyř cyklu se provádí bez použití časovacího mechanismu. To výrazně zjednodušuje konstrukci motoru. U typického čtyřtaktního pístového motoru je více než tisíc prvků. Obrovský zájem největších automobilových podniků byl způsoben potenciálem struktury. Nepochybnými výhodami jsou snadná výroba, jednoduchá oprava motoru, kompaktnost a nízká hmotnost. To vše pomáhá zlepšit ovladatelnost stroje, usnadňuje umístění přenosu. Kompaktnost motoru umožňuje vytvořit pohodlný a docela prostorný interiér. Vylepšené modely motorů jsou schopné vysokého výkonu s dostatečně úspornou spotřebou paliva. Například moderní motor o objemu 1300 cm ³ má 220 litrů. c. Pokud motor Wankel vybavíte turbodmychadlem, můžete získat výkon až 350 litrů. c. Další výhodou konstrukce je velmi nízká úroveň vibrací a hluku. Wankelův motor je mechanicky vyvážený. Snížení hluku a vibrací je dosaženo malým počtem dílů (o 40% méně než u tradičních motorů). Za zmínku stojí také dynamické vlastnosti motoru. Při nízkém rychlostním stupni bez zvláštního zatížení můžete při vysokých otáčkách vozidlo zrychlit na 100 km / h. V konstrukci motoru neexistuje žádný mechanismus, který by převedl vratný pohyb na rotační. Díky tomu může Wankel motor odolat vysokým otáčkám ve srovnání s tradičními spalovacími motory.

Ukončení euforie

V roce 1964 byl vydán NSU Spyder a poté byl propuštěn legendární model Ro 80. A teď je na světě spousta fanoušků těchto vozů. Potom se z montážní linky dostaly modely jako Corvette XP, Mercedes C-111 a Citroen M35. Jedinou společností, která převzala hromadnou výrobu, se stala Mazda. Od roku 1967 vyrobila 2-3 nové vozy s RPD. Wankelův motor byl kladen na lehká letadla, sněžné skútry, lodě. V roce 1973 skončil euforie. V té době byla ropná krize v plném proudu. Během tohoto období se projevila hlavní nevýhoda DUR - neefektivnost. Kromě společnosti Mazda mají všichni výrobci omezené programy pro výrobu automobilů s rotačními motory. Nicméně pouze Mazda pokračovala ve výrobě těchto vozů. Společnost výrazně snížila tržby v Americe.

Nevýhody RPD: křehkost a nespolehlivost

Spolu s výhodami měly rotační motory významné nedostatky. Především byly velmi krátkodobé. Jeden z prvních modelů RPD během testů tedy vyvinul celý zdroj za 2 hodiny. Úspěšnější prototyp by mohl vydržet 100 hodin. To však nezajišťovalo normální provoz zařízení. Hlavním problémem bylo nerovnoměrné opotřebení vnitřního povrchu komory. Během práce na něm byly vytvořeny příčné drážky. Obdrželi velmi výmluvné jméno: "štítky ďábla". Po získání licence vytvořila Mazda speciální oddělení, které se zabývalo zlepšením motoru. Brzy se ukázalo, že při rotaci rotorových zátek umístěných na jeho vrcholech začíná vibrovat. Z tohoto důvodu se tyto drážky objevují. Dnes je vyřešen problém trvanlivosti a spolehlivosti. K tomu produkuje vysoce kvalitní nátěr, včetně keramiky.

Vysoké emise výfukových plynů

To je další nevýhoda RAP. Ve srovnání s tradičními motory vydává Wankelův motor méně emisí oxidů dusíku, ale vícekrát více uhlovodíků v důsledku neúplného spalování paliva. Inženýři společnosti Mazda rychle nalezli účinné řešení tohoto problému. Odborníci vytvořili "tepelný reaktor". V něm dochází k "následnému spalování" uhlovodíků. Mazda R 100 byla prvním vozem, ve kterém byl tento prvek použit. V roce 1968 byl propuštěn další model s "tepelným reaktorem" - Rotary Familia Presto. Toto auto, jedno z mála, okamžitě prošlo značně přísným ekologickým testem předloženým Spojenými státy v roce 1970 pro dovážené vozy.

Účinnost

To je další problém RPD. Částečně to vyplývá z výše uvedeného. Spotřeba paliva ve standardním RPD je výrazně vyšší než spotřeba spalovacího motoru. Tento problém byl opět vyřešen odborníky společnosti Mazda. Zavedením souboru opatření, včetně recyklace karburátoru a termoreaktoru, přidáním výměníku tepla do výfukového systému, vytvořením nového zapalování a vývojem katalytického konvektoru dosáhli inženýři 40% snížení spotřeby. To umožnilo vydání modelu RX-7 v roce 1978.

Domácí výroba

Kromě automobilky Mazda vyráběla firma AvtoVAZ také automobily s RPD. V roce 1974 byla v závodě vytvořena speciální konstrukční kancelář. V Tolyatti začala výstavba dílny pro sériovou výrobu RPD. Vzhledem k tomu, že původně se předpokládalo, že VAZ jednoduše kopíruje západní technologii, bylo rozhodnuto nastavit reprodukci motoru Mazda. Současně nebyl zohledněn dlouhodobý vývoj domácích institutů automobilového průmyslu.

Po dlouhou dobu probíhaly jednání mezi Wankelem a sovětskými úředníky. Některé schůzky se konaly přímo v Moskvě. Peníze však nestačily, takže některé technologie nebyly použity. V roce 1976 byl propuštěn první motor VAZ-311 s jedním průřezem. Jeho kapacita činila 65 litrů. c. Během příštích pěti let bylo provedeno strukturální zdokonalení. Poté rostlina vyrobila 50 experimentálních vozů Wankel. Okamžitě se rozptýlili mezi zaměstnance podniku. Nicméně brzy se ukázalo, že motor v automobilech byl jen zvenčí podobný Japonci. Jeho konstrukce byla nesmírně nespolehlivá. Během šesti měsíců byly všechny motory nahrazeny a pracovníci kanceláře designu byli sníženi.

Nicméně domácí výroba motoru byla uložena tajnými službami. Nejsou příliš znepokojeni životností konstrukce a spotřebou paliva. Více bylo přitahováno dynamickými charakteristikami motoru. Za krátkou dobu byla sestavena dvoudílná ze dvou motorů VAZ-311. Jeho kapacita se téměř zdvojnásobila - až 120 litrů. c. Motor se začal věnovat speciální jednotce - VAZ-21019. Tento model získal neoficiální jméno "Arkan".

Přetváření

Zvláštní objednávky dýchaly nový design do kanceláře. VAZ začal vyrábět motory pro auto a vodní sporty. Vůz začal často vyhrávat první místo. Sportovní úředníci, podle pořadí, byli nuceni zakázat používání RPD. V roce 1987 Shnyakin nahradil Pospelov (vedoucí konstrukční kanceláře). Neměl rád pozemní dopravu, více na letectví. Od počátku svého vedení SKB převedl své aktivity na výrobu motorů pro letecké stroje. Jednalo se o špatnou strategii, protože v zemi je mnohem méně letadel než auto. Závod byl také ziskem především z prodeje motorových vozidel. Další chybou byla přeměna na motory s nízkým výkonem. Japonci nastavili RPD na sportovní auta. A model VAZ vyráběl modely Oka mololitrazhnye, přestože by bylo vhodnější dát dynamické motory na více vysokorychlostních vozů. Každopádně je na domácích silnicích několik miniatur Oka s RPD. Do roku 1998 byla dokončena příprava civilní verze dvouválcového 1,3litrového rotačního motoru. Byla instalována na modelu VAZ 2107-2109 a 2105.

Na závěr

Proč se přední světoví výrobci stále nezmění na výrobu automobilů s RAP? Faktem je, že pro výrobu takových motorů je zapotřebí především velmi přesná technologie, která zahrnuje mnoho různých nuancí. Ne každý, ani velká společnost, může jít cestou Mazdy. Navíc případ v zařízení. Pro výrobu Wankelova motoru jsou potřebné vysoce přesné stroje pro broušení povrchů epitrochoidem. U zařízení, která se dnes používá v továrnách, je tato práce docela proveditelná. Dnes se Mazda zabývá vážnými studiemi RPD. Inženýři společnosti neustále zlepšují design, řeší mnoho různých problémů. Motory rotorů vyráběné v Japonsku splňují mezinárodně uznávané normy pro spolehlivost, spotřebu paliva a šetrnost k životnímu prostředí.