Ванкел мотор - уређај и принцип рада РПД аутомобила

Током историје аутомобилске индустрије постојала су многа напредна решења, дизајнирани су делови и склопови. Пре више од 30 година, активни покушаји почели су да померају клипни мотор у страну, дајући предност Ванкеловом ротационо клипном мотору. Међутим, услед многих околности, ротациони мотори нису добили своје право на живот. О свему овоме прочитајте у наставку.

Принцип рада

Ротор има троугласти облик, са сваке стране има конвексни облик који делује као клип. Свака страна ротора има посебне жлебове који пружају више простора за мешавину горива и ваздуха, повећавајући тиме радну брзину мотора. Врх ивица опремљен је малом заптивном преградом која олакшава извођење сваког откуцаја. Ротор је са обе стране опремљен заптивним прстенима који чине зид комора. Средина ротора је опремљена зубима, уз помоћ којих се механизам ротира.

Принцип рада мотора Ванкел потпуно се разликује од класичног, али их уједињује јединствени поступак који се састоји од 4 такта (усис-компресија-радни ход-издув). Гориво улази у прву формирану комору, у другој се компримује, затим се ротор окреће и компримована смеша се пали свећицом, након што радна смеша ротира ротор и излази на издувни колектор. Главни принцип разликовања је да у ротационо клипном мотору радна комора није статична, већ настаје кретањем ротора.

Уређај

Пре него што разумете уређај, требали бисте знати главне компоненте ротационо-клипног мотора. Ванкелов мотор се састоји од:

• кућиште статора;
• ротор;
• сет зупчаника;
• ексцентрична осовина;
• свећице (паљење и догоревање).

Ротациони мотор је јединица са унутрашњим сагоревањем. У овом мотору се сва 4 потеза рада одвијају у потпуности, међутим, за сваку фазу постоји своја комора, коју ротор формира ротирајућим покретом. 

Када је контакт укључен, стартер окреће замајац и мотор се покреће. Ротирајући, ротор кроз круницу зупчаника преноси обртни моменат на ексцентрично вратило (за клипни мотор ово је брегасто вратило). 

Резултат рада Ванкеловог мотора треба да буде формирање притиска радне смеше, присиљавајући ротационе покрете ротора да се понављају изнова и изнова, преносећи обртни моменат на пренос. 

У овом мотору цилиндри, клипови, радилица са клипњачама замењују цело кућиште статора ротором. Захваљујући томе, запремина мотора се знатно смањује, док је снага вишеструко већа од снаге класичног мотора са радилним механизмом, са истом запремином. Овај дизајн има висок мењач такође због малих губитака трења.

Иначе, радна брзина мотора може премашити 7000 о / мин, док Мазда Ванкел мотори (за спортска такмичења) прелазе 10000 о / мин. 

Дизајн

Једна од главних предности ове јединице је њена компактност и мања тежина у поређењу са класичним моторима једнаке величине. Распоред вам омогућава да значајно смањите центар гравитације, а то повољно утиче на стабилност и оштрину контроле. Мали авиони, спортски аутомобили и моторна возила користили су и користе ову предност. 

Прича

Историја настанка и ширења Ванкеловог мотора омогућиће вам да боље разумете зашто је то био најбољи мотор у своје време и зашто је данас напуштен.

Рани развој

Године 1951. немачка компанија НСУ Моторенверке развила је два мотора: први - Феликса Ванкела, под именом ДКМ, и други - ККМ Ханса Пашке (заснован на развоју Ванкела). 

Основа рада јединице Ванкел била је одвојена ротација тела и ротора, због чега су радне револуције достизале 17000 у минути. Непријатност је била што је мотор морао бити растављен да би се замениле свећице. Али мотор ККМ имао је фиксно тело и његов дизајн је био много једноставнији од главног прототипа.

Издате лиценце

1960. НСУ Моторенверке потписао је уговор са америчком производном компанијом Цуртисс-Вригхт Цорпоратион. Уговор је био да се немачки инжењери усредсреде на развој малих ротационо клипних мотора за лака возила, док се Американац Цуртис-Вригхт бавио развојем авионских мотора. За дизајнера је ангажован и немачки машински инжењер Мак Бентеле. 

Огромна већина светских произвођача аутомобила, укључујући Цитроен, Порсцхе, Форд, Ниссан, ГМ, Мазда и многи други. Године 1959. америчка компанија представила је побољшану верзију Ванкел мотора, а годину дана касније британски Роллс Роице показао је свој двостепени дизел ротациони клипни мотор.

У међувремену су неки европски произвођачи аутомобила почели покушавати опремити аутомобиле новим моторима, али нису сви нашли своју примену: ГМ је то одбио, Цитроен је био усредсређен на развој мотора са контра клиповима за авионе, а Мерцедес-Бенз је инсталирао мотор са клипним клипом у експерименталном моделу Ц 111. 

1961. године, у Совјетском Савезу, НАМИ је заједно са другим истраживачким институтима започео развој мотора Ванкел. Дизајниране су многе опције, једна од њих је пронашла своју примену у аутомобилу ВАЗ-2105 за КГБ. Тачан број састављених мотора није познат, али не прелази неколико десетина. 

Иначе, годинама касније, само је аутомобилска компанија Мазда заиста пронашла употребу ротационог клипног мотора. Упечатљив пример за то је модел РКС-8.

Развој мотоцикала

У Британији је произвођач мотоцикала Нортон Моторцицлес развио ротационо клипни мотор са ваздушним хлађењем Сацхс за моторна возила. О развоју можете сазнати више читајући о мотоциклу Херцулес В-2000.

Сузуки није стајао по страни, а такође је издао и свој мотоцикл. Међутим, инжењери су пажљиво разрадили дизајн мотора, користили феролегуру, што је значајно повећало поузданост и вијек трајања јединице.

Развој аутомобила

Потписавши уговор о истраживању између Мазде и НСУ, компаније су почеле да се такмиче за шампиона у производњи првог аутомобила са Ванкел јединицом. Као резултат тога, 1964. године НСУ је представила свој први аутомобил, НСУ Спидер, као одговор, Мазда је представила прототип мотора са 2 и 4 ротора. Након 3 године, НСУ Моторенверке је објавио модел Ро 80, али је добио много негативних критика због бројних пропуста у позадини несавршеног дизајна. Овај проблем није решен све до 1972. године, а Ауди је 7 година касније преузео компанију, а мотори Ванкел су већ постали озлоглашени.

Јапански произвођач Мазда објавио је да су њихови инжењери решили проблем заптивања врха (због непропусности између комора), а моторе су почели да користе не само у спортским аутомобилима, већ и у комерцијалним возилима. Иначе, власници аутомобила Мазда са ротационим мотором забележили су висок одзив гаса и еластичност мотора.

Мазда је касније напустила масовно представљање напредног мотора, инсталирајући га само на моделе РКС-7 и РКС-8. За РКС-8 је дизајниран Ренесис мотор који је побољшан на много начина, и то:

• померени издувни отвори за побољшање одувања, што је знатно повећало снагу;
• додали неке керамичке делове како би спречили термичко изобличење;
• добро осмишљен електронски систем управљања мотором;
• присуство две свећице (главна и за догоревање);
• додавање водене јакне како би се елиминисало накупљање угљеника на излазу.

Као резултат, добијен је компактни мотор запремине 1.3 литра и снаге од око 231 кс.

Предности

Главне предности ротационо клипног мотора:

1. Његова мала тежина и димензије, које директно утичу на основу дизајна аутомобила. Овај фактор је важан при дизајнирању спортског аутомобила са малим тежиштем.
2. Мање детаља. Ово вам омогућава не само смањење трошкова одржавања мотора, већ и смањење губитака снаге при кретању или ротацији сродних делова. Овај фактор је директно утицао на високу ефикасност.
3. Са истом запремином као и класични клипни мотор, снага ротационо клипног мотора је 2-3 пута већа.
4. Глаткоћа и еластичност рада, одсуство опипљивих вибрација због чињенице да не постоје клипни покрети главних јединица.
5. Мотор се може покретати нискооктанским бензином.
6. Широк опсег радних брзина омогућава употребу мењача са краћим брзинама, што је изузетно погодно за урбане услове.
7. „Полица“ обртног момента предвиђена је за ⅔ циклуса, а не за четвртину, као код Отто мотора.
8. Моторно уље практично није контаминирано, интервал пражњења је вишеструко шири. Овде уље није подложно сагоревању, као у клипним моторима, овај процес се одвија кроз прстенове.
9. Нема детонације.

Иначе, доказано је да чак и ако је овај мотор на ивици ресурса, троши пуно уља и ради на малој компресији, његова снага ће се мало смањити. Управо ме то достојанство подмитило када сам инсталирао ротационо клипни мотор на авионе.

Уз импресивне предности, постоје и недостаци који спречавају напредни ротационо клипни мотор да досегне масе.

 Ограничења

1. Процес сагоревања није довољно ефикасан, због чега се повећава потрошња горива и погоршавају се стандарди токсичности. Проблем је делимично решен присуством друге свећице која сагорева радну смешу.
2. Велика потрошња уља. Недостатак је због чињенице да су мотори Ванкел прекомерно подмазани, а на одређеним местима, понекад, уље може сагорети. У зонама сагоревања има вишка уља што резултира нагомилавањем угљеника. Покушали су да се изборе са овим проблемом постављањем „топлотних“ цеви које побољшавају пренос топлоте и изједначавају температуру уља у целом мотору.
3. Тешкоће у поправци. Нису сви специјалисти спремни да професионално преузму поправку Ванкеловог мотора. Структурно, јединица није компликованија од класичног мотора, али постоји много нијанси, чије неусаглашавање доводи до раног отказа мотора. Овоме додамо високе трошкове поправки.
4. Низак ресурс. За власнике Мазде РКС-8 километража од 80 км значи да је време да се изврши велика поправка. Нажалост, таква компактност и висока ефикасност морају се платити скупим и сложеним поправкама на сваких 000-80 хиљада километара.

Питања и одговори:

Која је разлика између ротационог мотора и клипног мотора? У ротационом мотору нема клипова, што значи да се повратни покрети не користе за ротацију осовине мотора са унутрашњим сагоревањем - ротор се одмах окреће у њему.

Шта је ротациони мотор у аутомобилу? Ово је термичка јединица (ради због сагоревања мешавине ваздух-гориво), само што користи ротирајући ротор, на који је причвршћена осовина, која иде до мењача.

Зашто је ротациони мотор тако лош? Главни недостатак ротационог мотора је веома мали радни ресурс због брзог хабања заптивки између комора за сагоревање јединице (радни угао се стално мења и константно пада температура).