Injini ya Wankel: kifaa, kanuni ya uendeshaji

2024 Mwandishi: Erin Ralphs | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-02-19 19:03

Injini ya mwako wa ndani ni uvumbuzi mzuri wa wanadamu. Shukrani kwa injini ya mwako wa ndani, maendeleo ya kiufundi yalianza kuendeleza kwa kiasi kikubwa. Kuna aina kadhaa za mipangilio hii. Lakini maarufu zaidi ni fimbo ya kuunganisha na pistoni na pistoni ya rotary. Mwisho ulivumbuliwa na mhandisi wa Ujerumani Wankel kwa ushirikiano na W alter Freude. Kitengo hiki cha nguvu kina kifaa tofauti na kanuni ya uendeshaji, ikilinganishwa na injini ya mwako ya ndani ya fimbo-piston. Ni kanuni gani ya uendeshaji wa injini ya Wankel na kwa nini injini hii ya mwako wa ndani haijawa maarufu sana? Haya yote tutayazingatia katika makala yetu ya leo.

Tabia

Kwa hivyo, injini hii ni nini? Hii ni injini ya mwako wa ndani ambayo ilitengenezwa na Felix Wankel mnamo 1957. Kazi ya pistoni katika kitengo hiki ilifanywa na rotor tatu-vertex. Ilizunguka ndani ya shimo lenye umbo maalum.

Baada ya idadi ya mifano ya majaribio ya pikipiki na magari ambayo yalifanyika katika miaka ya 70 ya karne iliyopita, mahitaji ya injini ya Wankel yamepungua kwa kiasi kikubwa. Ingawa leo kampuni kadhaa bado zinafanya kaziuboreshaji wa injini hii. Kwa hivyo, unaweza kukutana na injini ya Wankel kwenye mfululizo wa Mazda PX. Pia, kitengo hiki kimepata matumizi yake katika uundaji wa muundo.

Kifaa cha injini ya Wankel

Kipimo hiki cha nishati kinajumuisha vipengele kadhaa:

• Kesi (stators).
• Vyumba vya mwako.
• Milango ya kuingiza na kutoka.
• Zana za stationary.
• gurudumu la gia.
• Rota.
• Vala.
• Spark plugs.

Kanuni ya kazi ya injini ya Wankel ni ipi? Tutaangalia hii hapa chini.

Kanuni ya kufanya kazi

Barafu hii hufanya kazi kama ifuatavyo. Rotor, iliyowekwa kwenye shimoni ya eccentric kupitia fani, inaendeshwa na nguvu ya shinikizo la gesi, ambalo liliundwa kutokana na mwako wa mchanganyiko wa hewa-mafuta. Rotor ya motor inayohusiana na stator kupitia jozi ya gia. Mmoja wao (kubwa) iko kwenye uso wa ndani wa rotor. Ya pili (msaada) ni ndogo na imefungwa vizuri kwenye kifuniko cha upande wa injini. Kupitia mwingiliano wa gia, rotor hutoa mwendo wa mviringo wa eccentric. Kwa hivyo, kingo zake zimegusana na uso wa ndani wa chumba cha mwako.

Kwa sababu hiyo, vyumba kadhaa vilivyojitenga vya kiasi cha kutofautiana huundwa kati ya nyumba ya injini na rota. Idadi yao daima ni 3. Katika vyumba hivi, mchakato wa ukandamizaji wa mchanganyiko, mwako wake, upanuzi wa gesi (ambayo baadaye huweka shinikizo kwenye uso wa kazi wa rotor) na kuondolewa kwao hufanyika. Matokeo yakemoto wa mafuta, rotor inaendeshwa, kuhamisha torque kwenye shimoni ya eccentric. Mwisho huo umewekwa kwenye fani na kisha kuhamisha nguvu kwa vitengo vya maambukizi. Na kisha tu wakati wa nguvu za injini ya Wankel huenda kwa magurudumu kulingana na mpango wa classical - kupitia gari la kadiani na shafts ya axle kwenye vibanda. Kwa hivyo, jozi kadhaa za mitambo hufanya kazi wakati huo huo katika motor ya rotary. Ya kwanza ni wajibu wa harakati ya rotor na ina gia kadhaa. De ya pili inabadilisha kusogea kwa rota hadi mizunguko ya shimoni ekcentric.

Uwiano wa gia wa stator (nyumba) na gia daima ni thabiti na ni 3:2. Kwa hivyo, rotor ina wakati wa kuzunguka kwa mapinduzi kamili ya shimoni kwa digrii 120. Kwa upande wake, kwa mapinduzi kamili ya rotor, mzunguko wa viharusi vinne vya uendeshaji wa injini ya mwako wa ndani hufanyika katika kila moja ya vyumba vitatu vilivyoundwa na nyuso.

Faida

Je, injini hii ya mwako wa ndani ina faida gani? Injini ya pistoni ya mzunguko wa Wankel ina muundo rahisi zaidi kuliko injini ya fimbo ya pistoni. Kwa hivyo, idadi ya sehemu ndani yake ni asilimia 40 chini ya injini ya mwako ya ndani ya pistoni yenye viharusi vinne. Lakini bado, haiwezekani kuunda injini ya Wankel kwa mikono yako mwenyewe bila vifaa vya kisasa. Baada ya yote, rotor ina sura ngumu sana. Wale ambao wamejaribu kutengeneza injini ya Wankel ya kujitengenezea nyumbani kwa mikono yao wenyewe wamepata matatizo mengi.

Lakini tuendelee na manufaa. Katika muundo wa kitengo cha rotary hakuna crankshaft, utaratibu wa usambazaji wa gesi. Pia hakuna vijiti vya kuunganisha nabastola. Mchanganyiko unaowaka huingia kwenye chumba kupitia dirisha la inlet, ambalo linafunguliwa na makali ya rotor. Na gesi za kutolea nje mwishoni mwa mzunguko wa kazi hutolewa kutoka kwa mwili kupitia bandari ya kutolea nje. Tena, jukumu la valve hapa linafanywa na makali ya rotor yenyewe. Pia, hakuna camshaft katika kubuni (ambayo kadhaa sasa hutumiwa kwenye vitengo vya kuunganisha fimbo). Injini ya pistoni ya mzunguko wa Wankel inafanana na yenye mipigo miwili kulingana na kanuni ya utendakazi wa utaratibu wa usambazaji wa gesi.

Kando, inafaa kutaja mfumo wa kulainisha. Kwa kweli, haipo kwenye injini ya mzunguko ya Wankel. Lakini je, jozi za msuguano hufanyaje kazi? Ni rahisi: mafuta huongezwa kwa mchanganyiko unaoweza kuwaka yenyewe (kama katika injini za pikipiki za zamani). Kwa hivyo, lubrication ya sehemu za kusugua hufanywa na mchanganyiko wa hewa-mafuta yenyewe. Muundo hauna pampu ya mafuta inayojulikana na kila mtu, ambayo huchukua mafuta kutoka kwenye sump na kuinyunyiza kwa shinikizo maalum.

Faida nyingine ya injini ya Wankel ni uzito na saizi yake nyepesi. Kwa kuwa karibu nusu ya sehemu ambazo ni za lazima katika injini za pistoni hazipo hapa, kitengo cha kuzunguka ni ngumu zaidi na kinaweza kutoshea kwenye chumba chochote cha injini. vipimo vya kompakt hukuruhusu kutumia nafasi ya chumba cha injini kwa busara zaidi, na pia kutoa mzigo sawa kwenye axles za mbele na za nyuma (baada ya yote, katika magari yenye injini za kawaida, zaidi ya asilimia 70 ya mzigo huanguka mbele. sehemu). Na kutokana na uzito mdogo, utulivu wa juu unapatikana. Ndiyo, injini inakiwango cha chini cha mtetemo, ambacho kina athari chanya kwenye faraja ya mashine.

Nyengeza inayofuata ya kitengo hiki ni nishati mahususi ya juu, ambayo hupatikana kwa kasi ya juu ya shimoni. Kipengele hiki kinakuwezesha kufikia sifa nzuri za kiufundi. Hii ndiyo sababu injini ya Wankel inatumika katika magari ya michezo ya Mazda. Gari inazunguka kwa urahisi hadi mapinduzi elfu saba au zaidi. Wakati huo huo, hutoa torque zaidi na nguvu kwa kiasi kidogo. Yote hii ina athari nzuri juu ya mienendo ya kasi ya gari. Kwa mfano, unaweza kuchukua gari "Mazda RX-8". Kwa ujazo wa lita 1.3, injini hutoa nguvu ya farasi 210.

Kasoro za muundo

Kwa kuzingatia kifaa na kanuni ya uendeshaji wa injini ya mzunguko ya Wankel, inafaa kuzingatia dosari kuu ya muundo. Hii ni ufanisi mdogo wa mihuri ya pengo kati ya chumba cha mwako na rotor. Mwisho huo una sura ngumu zaidi, ambayo inahitaji kuziba kwa kuaminika sio tu kando kando (ambayo kuna nne kwa jumla), lakini pia kando ya uso wa upande (ambao unawasiliana na kifuniko cha injini). Wakati huo huo, hutengenezwa kwa namna ya vipande vya chuma vilivyojaa spring na usindikaji sahihi hasa wote kutoka mwisho na kutoka kwenye nyuso za kazi. Posho zote za upanuzi wakati wa joto, kuingizwa katika kubuni, hupunguza sifa hizi. Kwa sababu ya hili, haiwezekani kuepuka mafanikio ya gesi katika maeneo ya mwisho ya sahani za kuziba. Katika injini za pistoni, athari ya labyrinth hutumiwa. Kwa hivyo, muundo hutumia pete tatu za kuziba zilizo na mapengo katika mwelekeo tofauti.

Lakini inafaa kuzingatia kwamba katika miaka ya hivi karibuni ubora wa sili umeongezeka. Wabunifu wameboresha injini ya Wankel, kwa kutumia nyenzo mpya za mihuri. Lakini bado, upenyezaji wa gesi unachukuliwa kuwa sehemu dhaifu zaidi katika injini ya mwako ya ndani ya mzunguko.

Matumizi ya mafuta

Kama tulivyosema awali, hakuna mfumo wa kulainisha kama huo kwenye injini hii. Kutokana na ukweli kwamba mafuta huingia pamoja na mchanganyiko unaowaka, matumizi yake huongezeka kwa kiasi kikubwa. Na ikiwa kwenye injini za fimbo za kuunganisha upotezaji wa asili wa lubricant haujajumuishwa au sio zaidi ya gramu 100 kwa kilomita elfu 1, basi kwenye injini za mzunguko parameta hii ni kati ya lita 0.4 hadi 1 kwa kilomita elfu. Hii ni kwa sababu mfumo mgumu wa kuziba unahitaji lubrication yenye ufanisi zaidi ya nyuso. Pia, kutokana na matumizi makubwa ya mafuta, motors hizi haziwezi kufikia viwango vya kisasa vya mazingira. Gesi za moshi wa magari yenye injini ya Wankel huwa na vitu vingi hatari kwa mwili na mazingira.

Mbali na hilo, injini ya mzunguko inaweza tu kutumia mafuta ya hali ya juu na ya bei ghali. Hii ni kutokana na sababu kadhaa:

• Mwelekeo wa kugusana na sehemu za chemba ya injini na rota hadi uchakavu wa juu.
• Tabia ya jozi za msuguano kupata joto kupita kiasi.

Matatizo mengine

Mabadiliko yasiyo ya kawaida ya mafuta yalitishia kupunguza uhai wa injini ya mwako wa ndani, kwani chembechembe za kilainishi cha zamani zilifanya kazi kama abrasive, na kuongeza mianya na uwezekano wa kutokea kwa gesi ya moshi kwenye chemba. Kitengo hiki pia hukauka wakati wa joto kupita kiasi. Na wakati wa kuendesha gari katika hali ya hewa ya baridi,upoaji unaweza kuwa ulikuwa mwingi.

RPD yenyewe ina halijoto ya juu zaidi ya kufanya kazi kuliko injini yoyote ya pistoni. Chumba cha mwako kinachukuliwa kuwa kilichojaa zaidi. ina ujazo mdogo. Na kwa sababu ya sura iliyopanuliwa, chumba kinakabiliwa na kupasuka. Mbali na mafuta, injini ya Wankel inadai ubora wa mishumaa. Wamewekwa kwa jozi na kubadilishwa madhubuti kulingana na kanuni za kiufundi. Miongoni mwa pointi nyingine, ni muhimu kuzingatia elasticity ya kutosha ya motor rotary. Kwa hivyo, injini hizi za mwako wa ndani zinaweza kutoa kasi bora na sifa za nguvu tu kwa kasi ya juu ya rotor - kutoka 6 hadi 10 au zaidi elfu kwa dakika. Kipengele hiki huwalazimu wabunifu kuboresha muundo wa sanduku za gia, na kuzifanya za hatua nyingi.

Hasara nyingine ni matumizi makubwa ya mafuta. Kwa mfano, ikiwa unachukua injini ya pistoni ya rotary 1.3-lita ya Mazda RX-8, kulingana na data ya pasipoti, hutumia kutoka lita 14 hadi 18 za mafuta. Zaidi ya hayo, petroli yenye oktane nyingi pekee ndiyo inayopendekezwa kwa matumizi.

Kuhusu matumizi ya RPD katika sekta ya magari

Injini hii ilikuwa maarufu zaidi mwishoni mwa miaka ya 60 na mwanzoni mwa miaka ya 70 ya karne iliyopita. Hati miliki ya Wankel RPD imenunuliwa na watengenezaji magari 11 wakuu. Kwa hiyo, katika mwaka wa 67, NSU ilitengeneza gari la kwanza la darasa la biashara na injini ya rotary, ambayo iliitwa NSU RO 80. Mfano huu ulitolewa kwa wingi kwa miaka 10. Kwa jumla, nakala zaidi ya elfu 37 zilitolewa. Gari lilikuwa maarufu, lakini mapungufu ya injini ya rotary hatimaye yaliharibu sifa ya gari hili. Kinyume na hali ya wengineMifano ya NSU, sedan ya NSU RO 80 ilikuwa isiyoaminika zaidi. Umbali kabla ya urekebishaji ulikuwa elfu 50 tu na 100 zilizotangazwa.

Pia, kampuni ya Peugeot-Citroen, kampuni ya Mazda na mtambo wa VAZ walifanya majaribio ya injini za mzunguko (tutazungumza kuhusu kisa hiki kando hapa chini). Wajapani walipata mafanikio makubwa zaidi kwa kuachilia gari la abiria na injini ya mzunguko katika mwaka wa 63. Kwa sasa, Wajapani bado wanaandaa RPDs kwenye magari yao ya michezo ya mfululizo wa RX. Hadi leo, wako huru kutokana na "magonjwa ya utotoni" ambayo yalikuwa asili katika RAP ya wakati huo.

Wankel RPD na tasnia ya pikipiki

Katika miaka ya 70 na 80 ya karne iliyopita, baadhi ya watengenezaji pikipiki walifanya majaribio ya injini za mzunguko. Hizi ni Hercules na Suzuki. Sasa uzalishaji mkubwa wa pikipiki za mzunguko umeanzishwa tu huko Norton. Chapa hii inazalisha sportbikes za NRV588 zilizo na injini za rota pacha zenye jumla ya sentimita 588 za ujazo. Nguvu ya baiskeli ya Norton ni nguvu ya farasi 170. na uzani wa kilo 130, pikipiki hii ina utendaji bora wa nguvu. Zaidi ya hayo, RPD hizi zina vifaa vya mfumo wa kielektroniki wa kudunga mafuta na njia ya ulaji tofauti.

Hali za kuvutia

Vipimo hivi vya nishati vinatumika sana miongoni mwa viunda ndege. Kwa kuwa hakuna mahitaji ya ufanisi na uaminifu katika injini ya mwako wa ndani ya mfano, uzalishaji wa motors vile uligeuka kuwa wa gharama nafuu. Katika injini kama hizo za mwako wa ndani, hakuna mihuri ya rotor kabisa, au zina muundo wa zamani zaidi. Faida kuu ya hiikitengo cha mfano wa ndege ni kwamba ni rahisi kusakinisha katika modeli ya mizani ya kuruka. ICE ni nyepesi na imeshikana.

Ukweli mmoja zaidi: Felix Wankel, baada ya kupokea hati miliki ya RPD mnamo 1936, alikua mvumbuzi wa sio tu injini za mzunguko, lakini pia compressor, na pia pampu ambazo zilifanya kazi kulingana na mpango sawa. Vitengo vile vinaweza kupatikana katika maduka ya ukarabati na katika uzalishaji. Kwa njia, pampu za mfumuko wa bei za matairi ya umeme zinazobebeka zimeundwa kulingana na kanuni hii.

RPD na magari ya VAZ

Katika nyakati za Usovieti, pia walihusika katika uundaji wa injini ya bastola ya mzunguko na usakinishaji wake kwenye magari ya ndani ya VAZ. Kwa hivyo, RPD ya kwanza huko USSR ilikuwa injini ya VAZ-311 yenye uwezo wa farasi 70. Iliundwa kwa msingi wa kitengo cha Kijapani 13V. Lakini tangu kuundwa kwa motor kulifanyika kulingana na mipango isiyo ya kweli, kitengo kiligeuka kuwa cha kuaminika baada ya kuwekwa katika uzalishaji wa wingi. Gari la kwanza lililokuwa na injini hii lilikuwa VAZ-21018.

Lakini hadithi ya kusakinisha injini ya Wankel kwenye VAZ haiishii hapo. Ya pili mfululizo ilikuwa kitengo cha nguvu cha VAZ-415, ambacho kilitumika kwa vikundi vidogo kwenye G8 katika miaka ya 80. Kitengo hiki cha nguvu kilikuwa na sifa bora za kiufundi. Nguvu yenye kiasi cha sentimita 1308 za ujazo iliongezeka hadi 150 farasi. Shukrani kwa hili, VAZ-2108 ya Soviet na injini ya kuzunguka iliharakisha hadi mamia katika sekunde 9. Na kasi ya juu ilipunguzwa hadi kilomita 190 kwa saa. Lakini injini hii haikuwa na dosari. Hasa, ni rasilimali ndogo. Hakufikia elfu 80kilomita. Pia kati ya minuses ni muhimu kuzingatia gharama kubwa ya kuunda gari kama hilo. Matumizi ya mafuta yalikuwa gramu 700 kwa kila kilomita elfu. Matumizi ya mafuta ni karibu lita 20 kwa mia moja. Kwa hivyo, kitengo cha rotary kilitumika tu kwa magari ya huduma maalum, katika vikundi vidogo.

Hitimisho

Kwa hivyo tuligundua injini ya Wankel ni nini. Kitengo hiki cha rotary sasa kinatumika kwa mfululizo tu kwenye magari ya Mazda, na kwa mfano mmoja tu. Licha ya maboresho mengi na majaribio ya wahandisi wa Kijapani kuboresha muundo wa RPD, bado ina rasilimali ndogo na ina sifa ya matumizi makubwa ya mafuta. Pia, Mazdas mpya ya lita 1.3 haina tofauti katika ufanisi wa mafuta. Mapungufu haya yote ya injini ya mzunguko huifanya isiweze kutumika na isitumike katika tasnia ya magari.