Silnik Wankla. Tłokowy silnik tłokowy Felixa Wankla

Główne typy silników spalinowych i silników parowych mają jedną wspólną wadę. Polega na tym, że ruch posuwisto-zwrotny wymaga przekształcenia ruch obrotowy. To z kolei powoduje niską produktywność, a także dość duże zużycie części mechanizmu zawartego w różnych typach silników. Sporo ludzi pomyślało o stworzeniu takiego silnika, w którym ruchome części tylko się obracały. Jednak tylko jednej osobie udało się rozwiązać ten problem. Felix Wankel - samouk mechanik - stał się wynalazcą rotacyjny silnik tłokowy. W swoim życiu ten człowiek nie otrzymał specjalności ani wyższego wykształcenia. Rozważmy dalej silnik rotacyjny z tłokiem Wankla.

Krótka biografia wynalazcy

Felix G. Wankel urodził się w 1902 roku, 13 sierpnia, w miasteczku Lahr (Niemcy). W Pierwszym Świecie zmarł ojciec przyszłego wynalazcy. Z tego powodu Wankel musiał rzucić studia w gimnazjum i dostać pracę jako asystent sprzedawcy w księgarni w wydawnictwie. Z tego powodu był uzależniony od czytania. Felix badał właściwości techniczne silników, motoryzacji, mechaniki niezależnie. Wiedzę, którą czerpał z książek sprzedanych w sklepie. Uważa się, że później zaimplementowany silnik Wankla (a dokładniej idea jego powstania) odwiedziła we śnie. Nie wiadomo, czy to prawda, czy nie, ale można powiedzieć na pewno, że wynalazca miał niezwykłe zdolności, ciężar mechaniki i szczególny wygląd na wiele rzeczy.

Pierwsze typy silników

Wynalazca, po zrozumieniu, jak można wykonać wszystkie 4 cykle tradycyjnego silnika podczas obrotu, przystąpił do projektowania. W 1924 r. Wankel stworzył niewielką pracownię. Służyła również jako laboratorium. To tutaj Felix Wankel zaczął badać systemy tłoków obrotowych. W 1936 roku model zmontowany przez wynalazcę zainteresował firmę "BMW". Wankel otrzymał pieniądze, otrzymał własne laboratorium w Lindau. Tam musiał opracować prototypy silników lotniczych. Jednak do końca II wojny światowej żaden silnik obrotowy Wankel nie został wysłany do masowej produkcji. Stało się tak prawdopodobnie w związku z faktem, że potrzeba było sporo czasu, aby projekt był sprawny, a produkcja masowa.

Lata powojenne

Po klęsce faszyzmu laboratorium zostało zamknięte, a cały sprzęt, który tam był, został przekazany Francji. W rezultacie Wankel pozostał bez pracy. Wynikało to z jego byłego członkostwa w Narodowej Partii Socjalistycznej. Ale po krótkim czasie Felix został zaproszony do firmy NSU jako inżynier projektujący. Firma ta była wówczas uważana za najstarszego producenta samochodów i motocykli.

Prototyp

W 1957 roku, dzięki wsparciu Waltera Frede'a (głównego inżyniera w NSU), silnik z tłokiem obrotowym został po raz pierwszy umieszczony w samochodzie. Silnik został zainstalowany na NSU Prinz. Jednak oryginalny projekt był bardzo daleki od doskonałości. Było to tak skomplikowane, że nawet w celu wymiany świecy zapłonowej konieczne było zdemontowanie prawie całego silnika. Ponadto projekt był bardzo niewiarygodny, nieekonomiczny i miał bardzo niską wydajność. Silnik Wankla w związku z tym nie trafił do serii. Samochody podjechały do ​​przenośnika tradycyjnym silnikiem. Mimo to silnik z tłokiem obrotowym udowodnił nie tylko prawo do istnienia, ale także wykazał imponujący potencjał w tym czasie. Perspektywy jego wykorzystania były tak atrakcyjne, że inżynierowie projektowi nie mogli niczego zatrzymać. Wynalazca sam zrozumiał, że jego potomstwo wymaga poprawy, starał się zapewnić, że zarówno obsługa, jak i naprawa silnika spowodowały jak najmniej trudności. Od tego momentu rozpoczęła się aktywna praca nad doprowadzeniem silnika do doskonałości operacyjnej.

Silnik Wankla: projekt

Czym jest silnik? W środku wirnika znajduje się okrągły otwór. Jest wewnętrznie pokryta zębami, jak na przekładni. W otwór włożony jest wał o mniejszej średnicy. Ma też zęby. Zapobiegają poślizgowi wału. Związek średnic dobiera się tak, aby ruch wierzchołków trójkątów był wykonywany wzdłuż jednej zamkniętej krzywej. Nazywa się "epitrochoid". Zadaniem Wankla było zrozumienie, że praca takiego mechanizmu była możliwa. Potem musiał obliczyć wszystko dokładnie i poprawnie. W rezultacie tłok, wykonany w formie trójkąta Relo, odcina trzy komory o zmiennej pozycji i objętości.

Funkcje specjalne

Charakterystyka projektowa silnika jest znacznie korzystniejsza w porównaniu z silnikami konwencjonalnymi. W szczególności uszczelnienie komór zapewnione jest przez końcowe i promieniowe płyty uszczelniające. Są one dociskane do "cylindra" za pomocą sprężyn taśmowych, ciśnienia gazu i siła odśrodkowa. Szczególną uwagę należy zwrócić na osiągi silnika pod względem osiągów. Przez cały cykl wał wykonuje 3 pełne obroty. W konwencjonalnym silniku tłokowym ten wynik można uzyskać za pomocą sześciu cylindrów.

Wprowadzenie do przemysłu

Po pierwszej udanej demonstracji w 1957 r. Silnik Wankla zainteresował największych auto gigantów tamtych czasów. Tak więc pierwszą firmą, która kupiła licencję, był Curtiss-Wright. Rok później, takie znane firmy, jak Mazda, Friedrich Krupp, MAN i Daimler-Benz zaczęły używać tego wynalazku. Przez dość krótki czas licencja nabyła około stu firm, w tym światowej sławy: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

Korzyści

Jakie są zalety silnika Wankla? Zasada działania silnika polega na tym, że realizacja dowolnego cyklu czterocyklowego odbywa się bez użycia mechanizmu zegarowego. To znacznie upraszcza konstrukcję silnika. W typowym 4-suwowym silniku tłokowym, około tysiąca elementów więcej. Ogromne zainteresowanie największych przedsiębiorstw motoryzacyjnych było spowodowane potencjałem struktury. Niewątpliwymi zaletami są łatwość produkcji, prosta naprawa silnika, kompaktowość i niska waga. Wszystko to pomaga poprawić możliwości zarządzania maszyną, ułatwia lokalizację transmisji. Kompaktowość silnika pozwala na stworzenie wygodnego i dość przestronnego wnętrza. Ulepszone modele silników są zdolne do dużej mocy przy dostatecznie ekonomicznym zużyciu paliwa. Na przykład nowoczesny silnik o pojemności 1300 cm ³ ma 220 litrów. c. Jeśli wyposażysz silnik Wankla w turbosprężarkę, możesz uzyskać moc do 350 litrów. c. Kolejną zaletą konstrukcji jest bardzo niski poziom wibracji i hałasu. Silnik Wankla jest mechanicznie zrównoważony. Zmniejszenie hałasu i wibracji uzyskuje się dzięki niewielkiej liczbie części (są one o 40% mniejsze niż w tradycyjnych silnikach). Warto również zwrócić uwagę na charakterystykę dynamiczną silnika. Na niskim biegu bez specjalnego obciążenia można przyspieszyć samochód do 100 km / h przy wysokich obrotach. W konstrukcji silnika nie ma mechanizmu, który przekształca ruch posuwisto-zwrotny w ruch obrotowy. Dzięki temu silnik Wankla może wytrzymać dużą prędkość w porównaniu z tradycyjnymi silnikami spalinowymi.

Kończąc euforię

W 1964 roku został wydany NSU Spyder, a po wydaniu legendarnego modelu Ro 80. A teraz jest całkiem sporo fanów tych samochodów na świecie. Potem takie modele jak Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35 zjechały z linii produkcyjnej. Jednak jedyną firmą, która podjęła masową produkcję, stała się Mazda. Od 1967 roku wyprodukowała 2-3 nowe samochody z RPD. Silnik Wankla został umieszczony na lekkich samolotach, skutery śnieżne, łodzie. W 1973 r. Skończyła się euforia. W tym czasie kryzys naftowy był w pełnym rozkwicie. W tym okresie ujawniła się główna wada DUR - nieefektywność. Oprócz Mazdy wszyscy producenci ograniczyli programy do produkcji samochodów z silnikami rotacyjnymi. Jednak tylko Mazda nadal produkuje takie samochody. Firma znacznie zmniejszyła sprzedaż w Ameryce.

Wady RPD: kruchość i zawodność

Oprócz zalet, silniki rotacyjne miały znaczące wady. Przede wszystkim były bardzo krótkotrwałe. Tak więc jeden z pierwszych modeli RPD podczas testów opracował cały zasób w ciągu 2 godzin. Bardziej udany prototyp może wytrzymać 100 godzin. Nie zapewniało to jednak normalnej pracy maszyny. Głównym problemem było nierównomierne zużycie wewnętrznej powierzchni komory. Podczas pracy nad nim tworzyły się poprzeczne rowki. Otrzymali bardzo wymowne imię: "znaczniki diabła". Po uzyskaniu licencji Mazda utworzyła specjalny wydział zajmujący się udoskonalaniem silnika. Wkrótce stało się jasne, że w procesie obracania wtyczek wirnika umieszczonych na jego wierzchołkach, zaczynają wibrować. Z tego powodu pojawiają się rowki. Dzisiaj rozwiązano problem trwałości i niezawodności. Aby to zrobić, w produkcji stosuje się wysokiej jakości powłokę, w tym ceramikę.

Wysoka emisja spalin

Jest to kolejna wada RAP. W porównaniu z tradycyjnymi silnikami, silnik Wankla emituje mniej tlenków azotu, ale wielokrotnie więcej węglowodorów, z powodu niepełnego spalania paliwa. Inżynierowie Mazdy szybko znaleźli skuteczne rozwiązanie tego problemu. Eksperci utworzyli "reaktor termiczny". W niej występuje "dopalanie" węglowodorów. Mazda R 100 była pierwszym samochodem, w którym zastosowano ten element. W 1968 r. Został wydany kolejny model z "reaktorem termicznym" - Familia Presto Rotary. Ten samochód, jeden z niewielu, natychmiast przeszedł dość rygorystyczny test środowiskowy, przedstawiony przez Stany Zjednoczone w 1970 roku dla importowanych pojazdów.

Wydajność

To kolejny problem RPD. Częściowo wynika to z powyższego. Zużycie paliwa w standardowym RPD jest znacznie wyższe niż w silniku spalinowym. Ten problem został ponownie rozwiązany przez ekspertów Mazdy. Poprzez wdrożenie zestawu środków, w tym recykling gaźnika i termoreaktora, dodanie wymiennika ciepła do układu wydechowego, stworzenie nowego zapłonu i opracowanie konwektora katalitycznego, inżynierowie osiągnęli zmniejszenie zużycia o 40%. Pozwoliło to na wydanie w 1978 r. Modelu RX-7.

Produkcja krajowa

Oprócz Mazdy, AvtoVAZ produkuje również samochody z RPD. W 1974 r. W zakładzie powstało specjalne biuro projektowe. W Togliatti rozpoczęto budowę warsztatów do seryjnej produkcji RPD. Z uwagi na to, że początkowo zakładano, że VAZ po prostu skopiuje zachodnią technologię, postanowiono dostosować reprodukcję silnika Mazdy. Jednocześnie nie uwzględniono długofalowego rozwoju krajowych instytutów budowy silników.

Przez dość długi czas odbywały się negocjacje między Wanklem a sowieckimi urzędnikami. Niektóre spotkania odbywały się bezpośrednio w Moskwie. Jednak pieniądze nie były wystarczające, więc niektóre technologie nie były wykorzystywane. W 1976 roku został wydany pierwszy jednosilnikowy silnik VAZ-311. Jego pojemność wynosiła 65 litrów. c. W ciągu następnych pięciu lat przeprowadzono rafinację strukturalną. Następnie fabryka wyprodukowała 50 eksperymentalnych samochodów Wankla. Natychmiast rozproszyli się wśród pracowników przedsiębiorstwa. Wkrótce jednak stało się jasne, że silnik w samochodach jest tylko zewnętrznie podobny do japońskiego. Jego projekt był wyjątkowo niewiarygodny. W ciągu sześciu miesięcy wszystkie silniki zostały wymienione, a personel biura projektowego został zmniejszony.

Krajowa produkcja silnika została jednak zaoszczędzona przez tajne służby. Nie martwią się zbytnio o żywotność projektową i zużycie paliwa. Więcej przyciągnęły dynamiczne charakterystyki silnika. W krótkim czasie złożono go z dwóch silników VAZ-311. Jego pojemność prawie się podwoiła - do 120 litrów. c. Silnik zaczął montować specjalną jednostkę - VAZ-21019. Ten model otrzymał nieoficjalną nazwę "Arkan".

Przekształcanie

Specjalne zamówienia tchnęły nowe życie w biuro projektowe. VAZ zaczął produkować silniki do sportów samochodowych i wodnych. Samochody zaczęły często wygrywać pierwsze miejsce. Urzędnicy ds. Sportu zostali z kolei zmuszeni do wprowadzenia zakazu używania RPD. W 1987 r. Shnyakin zastąpił Pospelova (szefa biura projektowego). Nie znosił transportu naziemnego, bardziej do lotnictwa. Od początku swojego kierownictwa SKB przeniosła swoją działalność do produkcji silników do maszyn pneumatycznych. To była zła strategia, ponieważ w kraju produkuje się znacznie mniej samolotów niż samochodów. Zakład osiągnął również zysk głównie ze sprzedaży pojazdów mechanicznych. Następnym błędem była zmiana orientacji na silniki o niskiej mocy. Japończycy ustanowili RPD w samochodach sportowych. A VAZ wyprodukował modele Oka mololitrazhnye, pomimo tego, że bardziej celowe byłoby umieszczenie dynamicznych silników w szybszych samochodach. W każdym razie jest kilka minikarów Oka z RPD na drogach krajowych. Do 1998 r. Zakończono przygotowanie cywilnej wersji dwucylindrowego 1,3-litrowego silnika obrotowego. Został zainstalowany na modelu VAZ 2107-2109 i 2105.

Podsumowując

Dlaczego czołowi producenci świata nadal nie są w końcu włączeni w produkcję samochodów z RAP? Faktem jest, że do produkcji takich silników potrzebna jest przede wszystkim bardzo dokładna technologia, która obejmuje wiele różnych niuansów. Nie każda, nawet duża firma, może podążać drogą Mazdy. Ponadto sprawa w sprzęcie. Do produkcji silnika Wankla potrzebne są precyzyjne maszyny do szlifowania powierzchni za pomocą epitrochoidu. W przypadku urządzeń używanych obecnie w fabrykach praca ta jest całkiem wykonalna. Dziś tylko Mazda prowadzi poważne badania nad RPD. Inżynierowie firmy stale ulepszają projekt, rozwiązują wiele różnych problemów. Silniki wirników wyprodukowane w Japonii są zgodne z międzynarodowymi normami niezawodności, zużycia paliwa i przyjazności dla środowiska.