Ванкель қозғалтқышы: құрылғы, жұмыс принципі

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-19 17:09

Іштен жанатын қозғалтқыш – адамзаттың тамаша өнертабысы. Іштен жанатын қозғалтқыштың арқасында техникалық прогресс айтарлықтай дами бастады. Бұл параметрлердің бірнеше түрі бар. Бірақ ең танымал шатун және поршень және айналмалы поршень болып табылады. Соңғысын неміс инженері Ванкель Вальтер Фрейдпен бірлесіп ойлап тапты. Бұл қуат блогының классикалық шатун-поршеньді іштен жану қозғалтқышымен салыстырғанда басқа құрылғысы мен жұмыс принципі бар. Ванкель қозғалтқышының жұмыс принципі қандай және неге бұл іштен жану қозғалтқышы соншалықты танымал бола алмады? Осының барлығын бүгінгі мақаламызда қарастырамыз.

Сипаттамасы

Сонымен, бұл мотор дегеніміз не? Бұл 1957 жылы Феликс Ванкель жасаған ішкі жану қозғалтқышы. Бұл қондырғыдағы поршеньдің қызметін үш шыңды ротор орындады. Ол арнайы пішінді қуыстың ішінде айналды.

Өткен ғасырдың 70-жылдарында пайда болған мотоциклдер мен автомобильдердің бірқатар тәжірибелік үлгілерінен кейін Wankel қозғалтқышына сұраныс айтарлықтай төмендеді. Бүгінгі таңда бірқатар компаниялар әлі де жұмыс істеп жатырбұл қозғалтқышты жетілдіру. Сонымен, сіз Wankel қозғалтқышын Mazda PX сериясында кездестіре аласыз. Сондай-ақ, бұл құрылғы модельдеуде өз қолданбасын тапты.

Wankel қозғалтқыш құрылғысы

Бұл қуат блогы бірнеше құрамдас бөліктерден тұрады:

• Қорпақтар (статорлар).
• Жану камералары.
• Кіріс және шығыс порттары.
• Стационарлық беріліс.
• Тісті доңғалақ.
• Ротор.
• Вала.
• Ошқындар.

Ванкел қозғалтқышының жұмыс принципі қандай? Мұны төменде қарастырамыз.

Жұмыс принципі

Бұл ICE келесідей жұмыс істейді. Мойынтіректер арқылы эксцентрлік білікке орнатылған ротор ауа-отын қоспасының жануы нәтижесінде пайда болған газ қысымының күшімен қозғалады. Қозғалтқыш роторы статорға қатысты жұп тісті доңғалақ арқылы. Олардың біреуі (үлкен) ротордың ішкі бетінде орналасқан. Екінші (тірек) кішірек және қозғалтқыштың бүйірлік қақпағына мықтап бекітілген. Тісті берілістердің өзара әрекеттесуі арқылы ротор эксцентрлік айналмалы қозғалыстарды жасайды. Осылайша, оның жиектері жану камерасының ішкі бетімен жанасады.

Нәтижесінде қозғалтқыш корпусы мен ротор арасында айнымалы көлемдегі бірнеше оқшауланған камералар пайда болады. Олардың саны әрқашан 3. Бұл камераларда қоспаны қысу, оның жануы, газдардың кеңеюі (олар кейіннен ротордың жұмыс бетіне қысым жасайды) және оларды жою процесі жүреді. Нәтижесіндеотынның тұтануы, айналу моментін эксцентрлік білікке ауыстыра отырып, ротор қозғалады. Соңғысы мойынтіректерге орнатылады, содан кейін қуатты трансмиссиялық блоктарға береді. Содан кейін ғана Ванкель қозғалтқышының күш моменті классикалық схема бойынша дөңгелектерге өтеді - кардан жетегі және ось біліктері арқылы хабтарға. Осылайша, айналмалы қозғалтқышта бірнеше механикалық жұп бір уақытта жұмыс істейді. Біріншісі ротордың қозғалысына жауап береді және бірнеше берілістерден тұрады. Екінші де ротордың қозғалысын эксцентрлік біліктің айналуларына түрлендіреді.

Статор (корпус) мен берілістердің беріліс қатынасы әрқашан тұрақты және 3:2. Осылайша, ротордың біліктің толық айналымы үшін 120 градусқа айналу уақыты бар. Өз кезегінде, ротордың толық айналымы үшін іштен жану қозғалтқышының жұмысының төрт тактілі циклі беттерден құрылған үш камераның әрқайсысында орындалады.

Артықшылықтар

Бұл іштен жанатын қозғалтқыштың артықшылықтары қандай? Wankel айналмалы поршеньді қозғалтқышы поршеньдік штангаға қарағанда қарапайым дизайнға ие. Сонымен, ондағы бөлшектердің саны поршенді төрт тактілі іштен жанатын қозғалтқышқа қарағанда 40 пайызға аз. Дегенмен, күрделі жабдықсыз Wankel қозғалтқышын өз қолыңызбен жасау мүмкін емес. Өйткені, ротор өте күрделі пішінге ие. Wankel қозғалтқышын өз қолдарымен жасауға тырысқандар көптеген сәтсіздіктерге ұшырады.

Бірақ артықшылықтарды жалғастырайық. Айналмалы қондырғының конструкциясында иінді білік, газ тарату механизмі жоқ. Сондай-ақ шатундар жоқ жәнепоршеньдер. Жанғыш қоспа ротордың шетімен ашылатын кіріс терезесі арқылы камераға түседі. Ал жұмыс циклінің соңында шығатын газдар шығару порты арқылы денеден шығарылады. Тағы да, мұнда клапанның рөлі ротордың өзімен орындалады. Сондай-ақ, дизайнда таратқыш білік жоқ (олардың бірнешеуі қазір шатундық қондырғыларда қолданылады). Ванкелдің айналмалы поршенді қозғалтқышы газ тарату механизмінің жұмыс принципі бойынша екі тактілі қозғалтқышқа ұқсас.

Майлау жүйесін бөлек атап өткен жөн. Шын мәнінде, ол Wankel айналмалы қозғалтқышында жоқ. Бірақ үйкеліс жұптары қалай жұмыс істейді? Барлығы қарапайым: жанғыш қоспаның өзіне май қосылады (қарабайыр мотоцикл қозғалтқыштарындағыдай). Осылайша, үйкеліс бөліктерін майлау ауа-отын қоспасының өзі арқылы жүзеге асырылады. Конструкцияда барлығына таныс май сорғысы жоқ, ол майлау майды шұңқырдан алып, арнайы қысыммен шашады.

Wankel қозғалтқышының тағы бір артықшылығы оның жеңіл салмағы мен өлшемі болып табылады. Поршеньді қозғалтқыштарда міндетті бөлшектердің жартысына жуығы бұл жерде жоқ болғандықтан, айналмалы блок ықшам және кез келген қозғалтқыш бөлігіне сыяды. ықшам өлшемдер қозғалтқыш бөлігінің кеңістігін ұтымды пайдалануға мүмкіндік береді, сонымен қатар алдыңғы және артқы осьтерге біркелкі жүктемені қамтамасыз етеді (яғни, кәдімгі қозғалтқыштары бар автомобильдерде жүктің 70 пайыздан астамы алдыңғы бөлікке түседі. бөлігі). Ал салмағы аз болғандықтан жоғары тұрақтылыққа қол жеткізіледі. Иә, қозғалтқыш барең аз діріл деңгейі, бұл машинаның ыңғайлылығына оң әсер етеді.

Бұл құрылғының келесі плюс - жоғары біліктілік жылдамдығында қол жеткізілетін жоғары меншікті қуат. Бұл мүмкіндік жақсы техникалық сипаттамаларға қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сондықтан Wankel қозғалтқышы Mazda спорттық автомобильдерінде қолданылады. Қозғалтқыш жеті немесе одан да көп мың айналымға дейін оңай айналады. Сонымен қатар, ол шағын көлемде әлдеқайда көп момент пен қуатты қамтамасыз етеді. Мұның бәрі автомобильдің жеделдеу динамикасына оң әсер етеді. Мысалы, сіз «Mazda RX-8» көлігін ала аласыз. Көлемі 1,3 литр қозғалтқыш 210 ат күшін шығарады.

Дизайн кемшіліктері

Wankel айналмалы қозғалтқышының құрылғысы мен жұмыс принципін ескере отырып, негізгі дизайн кемшілігін атап өткен жөн. Бұл жану камерасы мен ротор арасындағы саңылаулардың тығыздағыштарының төмен тиімділігі. Соңғысы өте күрделі пішінге ие, ол тек шеттері бойынша ғана емес (олардың барлығы төртеуі бар), сонымен қатар бүйір бетінде (қозғалтқыш қақпағымен байланыста) сенімді тығыздауды қажет етеді. Бұл ретте олар ұштарынан да, жұмыс беттерінен де ерекше дәлдікпен өңделетін болат серіппелі жолақтар түрінде жасалады. Дизайнға енгізілген жылыту кезінде кеңейтуге арналған барлық жеңілдіктер осы сипаттамаларды нашарлатады. Осыған байланысты, тығыздағыш пластиналардың соңғы орындарында газдардың жарылуын болдырмау мүмкін емес. Поршеньді қозғалтқыштарда лабиринт әсері қолданылады. Осылайша, дизайн әртүрлі бағытта саңылаулары бар үш тығыздау сақинасын пайдаланады.

Бірақ соңғы жылдары пломбалардың сапасы артқанын айта кеткен жөн. Дизайнерлер тығыздағыштар үшін жаңа материалдарды пайдалана отырып, Wankel қозғалтқышын жетілдірді. Дегенмен, газдың серпілісі айналмалы іштен жану қозғалтқышындағы ең әлсіз нүкте болып саналады.

Мұнай тұтыну

Бұған дейін айтқанымыздай, бұл қозғалтқышта мұндай майлау жүйесі жоқ. Мұнайдың жанғыш қоспамен бірге түсуіне байланысты оның тұтынуы айтарлықтай артады. Ал егер шатунды қозғалтқыштарда майлаудың табиғи шығыны жоққа шығарылса немесе 1 мың километрге 100 граммнан аспаса, айналмалы қозғалтқыштарда бұл параметр мың километрге 0,4-тен 1 литрге дейін болады. Өйткені, күрделі тығыздау жүйесі беттерді тиімдірек майлауды талап етеді. Сондай-ақ, мұнайды көп тұтынуға байланысты бұл қозғалтқыштар заманауи экологиялық стандарттарға жауап бере алмайды. Ванкел қозғалтқышы бар автомобильдердің пайдаланылған газдарының құрамында денеге және қоршаған ортаға қауіпті көптеген заттар бар.

Сонымен қатар, айналмалы қозғалтқыш тек жоғары сапалы және қымбат майлармен жұмыс істей алады. Бұл бірнеше факторларға байланысты:

• Қозғалтқыш камерасы мен ротор бөліктерінің жоғары тозуға тию үрдісі.
• Үйкеліс жұптарының қызып кету үрдісі.

Басқа мәселелер

Мұнайдың тұрақты емес ауысуы іштен жану қозғалтқышының қызмет ету мерзімін қысқарту қаупін тудырды, өйткені ескі майлаудың бөлшектері абразив ретінде әрекет етіп, саңылауларды арттырып, камерадағы пайдаланылған газдардың жарылып кету ықтималдығын арттырды. Бұл құрылғы қызып кеткенде де сынады. Ал суық ауа райында көлік жүргізгенде,салқындату шамадан тыс болуы мүмкін.

RPD өзі кез келген поршенді қозғалтқышқа қарағанда жоғары жұмыс температурасына ие. Жану камерасы ең көп жүктелген болып саналады. оның көлемі аз. Ал ұзартылған пішінге байланысты камера детонацияға бейім. Майдан басқа, Wankel қозғалтқышы шамдардың сапасына талап қояды. Олар жұппен орнатылады және техникалық регламентке сәйкес қатаң түрде өзгертіледі. Басқа сәттердің арасында айналмалы қозғалтқыштың жеткіліксіз серпімділігін атап өткен жөн. Сонымен, бұл іштен жану қозғалтқыштары тамаша жылдамдық пен қуат сипаттамаларын тек жоғары ротордың айналу жылдамдығында - минутына 6-дан 10 мыңға дейін немесе одан да көп құра алады. Бұл мүмкіндік дизайнерлерді беріліс қораптарының дизайнын нақтылауға, оларды көп сатылы етуге мәжбүр етеді.

Тағы бір кемшілік – отынның көп шығыны. Мысалы, егер сіз 1,3 литрлік Mazda RX-8 айналмалы поршенді қозғалтқышын алсаңыз, төлқұжат деректеріне сәйкес ол 14-тен 18 литрге дейін жанармай жұмсайды. Сонымен қатар, тек жоғары октанды бензинді пайдалану ұсынылады.

Автомобиль өнеркәсібінде RPD қолдану туралы

Бұл қозғалтқыш өткен ғасырдың 60-шы жылдарының аяғы мен 70-ші жылдарының басында ең танымал болды. Wankel RPD патентін 11 жетекші автоөндіруші сатып алды. Осылайша, 67-ші жылы NSU айналмалы қозғалтқышы бар бизнес-класс машинасын жасады, ол NSU RO 80 деп аталды. Бұл модель 10 жыл бойы жаппай шығарылды. Барлығы 37 мыңнан астам дана шығарылды. Автокөлік танымал болды, бірақ айналмалы қозғалтқыштың кемшіліктері ақыр соңында бұл машинаның беделін түсірді. Басқалардың фонындаNSU үлгілері, NSU RO 80 седаны ең сенімсіз болды. Күрделі жөндеуге дейінгі жүгіріс жарияланған 100-мен небәрі 50 мың болды.

Сонымен қатар Peugeot-Citroen концерні, Mazda компаниясы және ВАЗ зауыты айналмалы қозғалтқыштармен тәжірибе жасады (бұл жағдай туралы төменде бөлек айтатын боламыз). Жапондықтар 63-ші жылы айналмалы қозғалтқышы бар жолаушылар көлігін шығару арқылы ең үлкен жетістікке жетті. Қазіргі уақытта жапондықтар өздерінің RX сериялы спорттық автомобильдерінде RPD-ді әлі де жабдықтауда. Осы уақытқа дейін олар сол кездегі РАП-ға тән көптеген «балалық аурулардан» таза.

Wankel RPD және мотоцикл өнеркәсібі

Өткен ғасырдың 70-80 жылдарында кейбір мотоцикл өндірушілер айналмалы қозғалтқыштармен тәжірибе жасады. Бұл Геркулес пен Сузуки. Енді роторлы мотоциклдердің сериялық өндірісі тек Нортонда жолға қойылды. Бұл бренд жалпы көлемі 588 текше сантиметр болатын қос роторлы қозғалтқыштармен жабдықталған NRV588 спорт велосипедтерін шығарады. Norton велосипедінің қуаты 170 ат күші. салмағы 130 килограмм болатын бұл мотоцикл тамаша динамикалық өнімділікке ие. Бұған қоса, бұл RPD электронды отын бүрку жүйесімен және ауыспалы қабылдау жолымен жабдықталған.

Қызықты фактілер

Бұл қуат блоктары ұшақ модельдеушілер арасында кеңінен қолданылады. Іштен жану қозғалтқышының моделінде тиімділік пен сенімділікке қойылатын талаптар жоқ болғандықтан, мұндай қозғалтқыштарды өндіру арзан болды. Мұндай іштен жану қозғалтқыштарында ротордың тығыздағыштары мүлде жоқ немесе олар ең қарапайым дизайнға ие. Мұның басты артықшылығыұшақ моделінің бірлігі - ұшатын масштабты модельге оңай орнату. ICE жеңіл және жинақы.

Тағы бір факт: 1936 жылы RPD патентін алған Феликс Ванкель айналмалы қозғалтқыштарды ғана емес, сонымен қатар компрессорларды, сондай-ақ сол схема бойынша жұмыс істейтін сорғыларды ойлап тапқан. Мұндай қондырғыларды жөндеу шеберханаларында және өндірісте табуға болады. Айтпақшы, портативті электрлік шиналарды үрлеу сорғылары дәл осы принципке сәйкес жасалған.

RPD және VAZ автомобильдері

Кеңес дәуірінде олар айналмалы поршеньді қозғалтқышты жасаумен және оны отандық ВАЗ автокөліктеріне орнатумен де айналысты. Сонымен, КСРО-дағы алғашқы RPD қуаты 70 ат күші бар ВАЗ-311 қозғалтқышы болды. Ол жапондық 13V қондырғысының негізінде жасалған. Бірақ қозғалтқышты құру шындыққа жанаспайтын жоспарларға сәйкес жүзеге асырылғандықтан, сериялық өндіріске енгізілгеннен кейін қондырғы сенімсіз болып шықты. Бұл қозғалтқышы бар алғашқы көлік ВАЗ-21018 болды.

Бірақ ВАЗ-ға Ванкел қозғалтқышын орнату тарихы мұнымен бітпейді. Екінші қатарда 80-ші жылдары G8-де шағын партияларда қолданылған ВАЗ-415 қуат блогы болды. Бұл қуат блогының техникалық сипаттамалары жақсырақ болды. Көлемі 1308 текше сантиметр болатын қуат 150 ат күшіне дейін өсті. Осының арқасында айналмалы қозғалтқышы бар кеңестік ВАЗ-2108 9 секундта жүздегенге дейін жылдамдады. Ал максималды жылдамдық сағатына 190 шақырыммен шектелді. Бірақ бұл қозғалтқыш кемшіліктерсіз болған жоқ. Атап айтқанда, бұл шағын ресурс. 80 мыңға әрең жеттікилометр. Сондай-ақ минустардың арасында мұндай көлікті жасаудың жоғары құнын атап өткен жөн. Мұнай шығыны әр мың километрге 700 грамм болды. Жанармай шығыны жүзге шамамен 20 литр. Сондықтан айналмалы қондырғы тек арнайы қызмет көліктерінде, шағын партияларда ғана қолданылды.

Қорытынды

Сонымен біз Wankel қозғалтқышының не екенін анықтадық. Бұл айналмалы қондырғы енді тек Mazda автомобильдерінде және тек бір үлгіде сериялық түрде қолданылады. Жапондық инженерлердің RPD дизайнын жақсартуға жасаған көптеген жақсартулары мен әрекеттеріне қарамастан, ол әлі де аз ресурсқа ие және мұнайды жоғары тұтынумен сипатталады. Сондай-ақ, жаңа 1,3 литрлік Mazdas отын үнемдеуде ерекшеленбейді. Айналмалы қозғалтқыштың барлық осы кемшіліктері оны практикалық емес және автомобиль өнеркәсібінде жеткіліксіз пайдаланады.