Motor Wankel
Motorul Wankel este un motor rotativ cu ardere internă (deoarece pistonul nu se mișcă cu mișcare alternativă, ci se rotește în jurul unei axe ); este alimentat de un sistem de alimentare cu transferuri care sunt poziționate fie în cutia statorului trohoidal (poziție periferică), fie, alternativ, în plăcile laterale ale camerei statorului (poziția laterală) și descarcă produsele epuizate (gazele de eșapament) printr-o evacuare sistem care are, de asemenea, orificii de evacuare periferice sau laterale.
Istorie
1 - Duză de injecție
2 - Duza de evacuare
3 - Camera exterioară
4 - Camera de ardere
5 - Angrenaj central
6 - Rotor
7 - Angrenaj intern
8 - Arborele motorului
9 - Bujii
Animatie motorie
A fost prezentat de Felix Wankel în 1957 grație colaborării cu Dr. Froede, tehnician șef la NSU , care a făcut modificări substanțiale la proiectarea inițială a motorului. Prima mașină propulsată de un motor Wankel a fost, în 1963, NSU Spider ; în ciuda faptului că un singur rotor avea o deplasare de doar 498 cm³, a dezvoltat o putere de 50 CV și a împins mașina la peste 150 km / h în fața unui consum decisiv scăzut pentru acea vreme.
Citroën a efectuat o experimentare pe scară largă între 1970 și 1971, odată cu introducerea mașinii M35 , produsă în 267 de unități și încredințată cât mai multor clienți aleși pentru utilizarea intensivă pe care au făcut-o. Citroën a inițiat, de asemenea, un program de cercetare aeronautică în 1973, culminând cu construcția elicopterului RE2 Citroën, care a zburat în decembrie 1975, dar nu a obținut niciodată un certificat permanent de aptitudine pentru a zbura și care se află acum la Conservatorul Citroën.
Primele mașini de producție care au adoptat acest tip de motor au fost NSU care a dezvoltat acest tip de motor împreună cu Citroën prin filiala Comotor , printre produsele acestui acord, trebuie menționate Ro 80 pentru NSU și GS Birotor pentru Citroën. Între 1963 și 1970 , Mercedes Benz a construit o duzină de prototipuri, inclusiv faimosul C111 cu trei și patru rotoare (realizat între 1969 și 1970) și un Quadrirotore 350 SL utilizat în mod normal de însuși Wankel. Mercedes a fost alăturat de GM , cu prototipuri Chevrolet , și American Motors , care a produs o versiune rotativă a Pacer-ului său.
Alfa Romeo a testat motorul Wankel până în 1975. Avea o sală de testare a motorului echipată permanent pentru testare și două mașini pe care a fost montată versiunea bi-motor de 2200 cm³, prima a fost o berlină Giulia, a doua a fost o albă 1750., care a durat câțiva ani. Cercetarea a fost abandonată după ce institutul de cercetare, căruia i s-a încredințat experimentarea, a fost convins că nici măcar prin aplicarea injecției electronice nu a fost posibil să se abordeze nivelurile de poluare realizabile cu motoarele alternative. În domeniul motocicletelor, motorul rotativ a fost folosit sporadic de NSU însuși, de Sachs („Wankel 2000”, datată 1974 , a fost prima motocicletă din lume care a fost alimentată de un motor rotativ) de către Suzuki (pe „RE- 5 "model din 1975 ) și de la Norton care a reușit să obțină și victorii în cursele campionatului englez și la Tourist Trohy în 1992 cu Steve Hislop care a câștigat Senior TT.
Principalele probleme ale acestor motoare au vizat durata de viață a garniturilor rotorului care funcționează în condiții de presiune și temperatură ridicate și lubrifierea lor slabă. Datorită dezvoltării tehnologiei materialelor, durata de viață a acestor transmisii a fost semnificativ crescută, permițând producția la scară largă. De peste treizeci de ani, producătorul de mașini Mazda efectuează studiul și dezvoltarea motoarelor rotative de înaltă performanță, cea mai recentă aplicație se află pe mașina Mazda RX-8 cu un bimotor numit „Renesis” (o fuziune a inițialelor de Rotary Engine și word Genesis) cu o deplasare totală de 1.308 cm³, capabilă să dezvolte o putere de 231 CP (170 kW) la 8.500 rpm și un cuplu maxim de 211 N · m la 5.500 rpm. Este încă ultima evoluție a motorului derivat de la Wankel.
Geometria motorului
Profilul camerei statorice este simetric față de cele două axe ortogonale barientrice și ia numele de epitrohoidal. Pe de altă parte, cea a rotorului se află pe o bază triunghiulară echilaterală, cu laturile ușor convexe și se numește triunghi Reuleaux .
Contactul dintre stator și rotor are loc la cele trei vârfuri ale elementului în mișcare, care se târăsc pe pereții statorului; pe acestea sunt realizate orificiile pentru admisia amestecului aer-combustibil și pentru evacuarea gazelor arse, precum și carcasa pentru una sau mai multe bujii ale amestecului. Bazele statorului constau din doi pereți plati, care au o gaură centrală pentru trecerea arborelui cotit .
Definiția formei profilului statorului de către ing. Wankel a fost derivat dintr-un studiu efectuat empiric; abia mai târziu, prof. univ. Othmar Baier de la Politehnica din Stuttgart a demonstrat că forma era aceea a unui epitroid , adică o curbă generată de rularea unei circumferințe generatoare pe o altă circumferință fixă. Când punctul care descrie curba nu se află pe circumferință, ci în interiorul sau în exteriorul acesteia, curba devine trohoidă și respectiv se numește hipotroidă sau epitrohoidă .
O cerință importantă a trohoidului, pentru a fi linii închise, este ca raportul dintre diametrele circumferinței fixe și mobile să fie un număr întreg: acest număr reprezintă, de asemenea, numărul de arcuri care constituie trohoidul. În motorul Wankel, raportul dintre diametrele circumferinței este de 2: 1. Dacă doriți să împiedicați trohoidul să aibă puncte duble, punctul ales pentru trasarea profilului trebuie să fie în interiorul circumferinței generatoare (mobile).
Alegerea acestui punct și distanța acestuia de centrul circumferinței mobile (excentricitate) este complet arbitrară, astfel încât numărul profilurilor trohoidale care pot fi utilizate pentru un motor cu piston rotativ este teoretic nelimitat. Cu toate acestea, dintre diferitele soluții teoretice posibile, soluția cu stator epitrohoidal cu doi lobi și rotor tri-lobi reprezintă cea mai adoptată și cea pe care Wankel a folosit-o pentru motorul său.
Profilul rotorului , pe de altă parte, este cel al triunghiului Reuleaux ; în interiorul fiecăreia dintre cele trei laturi ale rotorului , în sensul adâncimii, există o nișă care mărește deplasarea rotorului și, mai presus de toate, permite îmbunătățirea formei și a performanțelor fluid-dinamice ale camerei de ardere, altfel penalizate de joncțiunea doi lobi epitrohoidali.
Dimensionarea grosimii carcasei statorului (măsurată ca distanță axială între cele două fețe laterale) nu este teoretic supusă niciunei limitări: dacă grosimea este excesivă, arderea va fi însă lentă și incompletă, în timp ce dacă este prea mică deplasarea este prea mică pentru o bună funcționare a motorului. În mod tradițional, valoarea grosimii este aleasă egală cu aproximativ jumătate din raza circumferinței circumscrise a rotorului.
Operațiune
Principiul de funcționare al Wankel este foarte simplu: un rotor cu trei lobi se rotește excentric în jurul arborelui cotit , generând cu camerele sale de lucru mișcare, în cadrul cărora cele patru faze clasice de admisie - compresie - combustie sunt finalizate ciclic. - Descarc.
Întorcându-se în interiorul carcasei cu o anumită mișcare orbitantă, rotorul formează trei camere, al căror volum variază ciclic: în cele 3 camere, 3 cicluri Otto în patru timpi sunt efectuate simultan, defazate între ele cu 120 °.
Având rotorul pe trei laturi egale, procesul are loc secvențial de 3 ori la fiecare rotație a rotorului în sine (corespunzând la 3 rotații ale arborelui cotit), cu un avantaj considerabil în ceea ce privește puterea furnizată și regularitatea funcționării.
În centrul rotorului se află o roată dințată cu dinți interni (coroana rotorului) care se plasează cu o roată dentară externă solidă cu placa de închidere a statorului (pinionul statorului ) și coaxială cu știfturile principale ale arborelui cotit ; coroana rotorului se rostogolește pe pinion fără a aluneca pe el.
Rotorul are o gaură centrală echipată cu o bucșă inelară mare în care se rotește un excentric cilindric cu cheie pe arborele cotit .
Faza de admisie a amestecului de aer-benzină începe când volumul camerei în care se deschide conducta de admisie începe să crească, creând astfel o depresiune care atrage amestecul înapoi în camera statorului. Continuând în mișcare, rotorul determină o reducere a spațiului dintre peretele său și cel al statorului , astfel încât amestecul aspirat să fie comprimat. Când compresia a atins valoarea optimă, scânteia este trasă prin electrozii bujiei; începe astfel faza de ardere și, prin urmare, expansiunea gazelor; creșterea consecutivă a presiunii determină forțele să acționeze asupra rotorului, forțându-l să continue în mișcarea sa rotativă. La sfârșitul fazei de expansiune există o altă reducere a volumului în timpul căreia gazele arse sunt împinse din motor prin conducta de evacuare. Presiunile exercitate asupra rotorului de gazele în expansiune sunt transmise prin excentricul de pe arborele cotit , care, prin urmare, este condus în rotație.
Pinionului statorului i se încredințează sarcina de a forța rotorul să urmeze o orbită excentrică, astfel încât să asigure contactul constant al elementelor de etanșare apicale împotriva pereților interni ai statorului . De la arborele cotit mișcarea trece direct la unitatea de ambreiaj și apoi la cutia de viteze, de unde este transmisă roților motoare.
Principalele avantaje
Motorul Wankel, datorită structurii sale particulare, are numeroase avantaje față de diferitele tipuri de motoare cu ardere internă alternativă :
- mai puține piese în mișcare;
- mai puțin zgomot și mai puține vibrații;
- o ușurință ridicată datorită dimensiunilor mici și raportului mare putere / greutate;
- o emisie mai mică de poluare a oxizilor de azot, datorită temperaturii medii mai scăzute a gazelor;
- putere mai mare, cu aceeași deplasare, comparativ cu un motor cu piston alternativ;
- o simplitate de proiectare și întreținere.
Motorul rotativ are o simplitate incredibilă a designului rezultat din detaliile sale cele mai importante: prezența a doar două părți în mișcare, rotorul și arborele cotit.
De asemenea, este remarcabilă absența maselor în mișcare alternativă (care pe motoarele cu piston sunt biele , pistoanele și știfturile) și, prin urmare, absența forțelor de inerție de ordinul al doilea, altfel dificil de echilibrat; de fapt, acestea pot fi echilibrate prin mase adecvate, setate în rotație la o viteză dublă față de arborele motorului. Absența acestor forțe de inerție, precum și a unei mase de volant (înlocuită de rotorul în sine) permite acestui tip de motor să aibă accelerații puternice și valori specifice de putere mai mari decât motoarele cu mișcare alternativă datorită posibilității de a atinge viteze de rotație mai mari.
Wankel este mult mai ușor și mai compact decât motoarele cu piston normale, deoarece are doar două părți în mișcare; are, de asemenea, cicluri de admisie și evacuare mai avantajoase, deoarece fluidele au mai mult timp să intre și să iasă din camera de ardere și, prin urmare, au mai puține căderi de presiune. Wankel poate fi, de asemenea, echipat cu sisteme de supraalimentare prin intermediul unei turbine sau compresor volumetric .
Cea mai bună exploatare a arderii în timpul expansiunii asigură, pentru aceeași deplasare, mai multă putere decât un motor alternativ, deoarece în timpul expansiunii arborele se rotește cu 270 ° în loc de 180 °.
Dezavantajele
Principalele dezavantaje sunt:
- durata de viață slabă a elementelor de etanșare a rotorului;
- cuplu redus la viteze reduse de rotație;
- consum de combustibil, în general mai mare decât motorul alternativ;
- lubrifierea problematică a segmentelor apicale;
- rata foarte ridicată a hidrocarburilor nearse.
Problemele de construcție ale Wankel se referă în special la rotor , supus unor excursii termice bruște de aproximativ 900 ° C și care, prin urmare, trebuie construite în aliaje extrem de rezistente și costisitoare (oțel și aluminiu).
Mai mult, având în vedere conformația unghiulară a rotorului , aceasta este supusă unei alunecări continue și a unor micro-șocuri împotriva peretelui statorului , care vede în curând deteriorarea pistei de alunecare, reducând astfel etanșarea hidraulică a garniturilor și, prin urmare, reducerea eficienței .
Din punct de vedere tehnologic, construcția elementelor principale, cum ar fi rotorul și statorul , este complicată: statorul prezintă mai ales dificultăți serioase datorită prelucrării suprafeței pistei glisante, care necesită utilizarea mașinilor de precizie. Mai mult, pentru a asigura o bună rezistență la uzură a suprafețelor de alunecare, trebuie efectuate procese de întărire (călire) și lustruire foarte precise.
Consumul de combustibil, comparativ cu motoarele alternative cu ardere internă, este inevitabil mai mare, datorită formei camerei de ardere, îngustă și lungă; problema intersecției dintre faza de ardere-expansiune și faza de evacuare, dificil de modificat din motive geometrice și constructive, este un alt motiv care explică eficiența redusă a motorului. Toate aceste lucruri și multe altele au fost modificate (sau modificate) în motoarele cu mișcare alternativă de-a lungul anilor (de exemplu, prin adoptarea schimbătorilor de fază).
Viteza hidrocarburilor ne-arse din evacuare se datorează formei camerei de ardere. Cu toate acestea, deja la mijlocul anilor șaptezeci, unele soluții aveau în vedere pași importanți înainte (în regim de mers în gol, de la „nemaivărsabil”, la niveluri de 7 ori mai mari decât cele ale unui motor alternativ bun).
Aceste probleme au subminat rapid proliferarea motoarelor rotative. Cercetarea tehnologică și de producție a fost efectuată doar de Mazda , care a continuat pe această cale până astăzi.
Aplicații în domeniul aeronautic
În aviația ușoară, Wankel a fost introdus masiv doar în ultimele decenii, deoarece longevitatea relativ scăzută a motorului a făcut ca acesta să nu fie potrivit pentru utilizare. Astăzi, însă, sunt apreciate multe aspecte: raportul excelent greutate / putere, secțiunea transversală mică, ușurința, fiabilitatea, simplitatea și nu în ultimul rând costul redus.
Utilizarea acestui motor se găsește în principal în avioane de plăcere medii / mici și în unele tipuri de acrobații în special împinse în elaborare.
Aplicații istorice
Rotativul Wankel a fost folosit pe unele mașini, ceea ce și-a sporit popularitatea, dar a alimentat controversele:
- Între 1964 și 1967 , producătorul german NSU a produs aproximativ 2.375 de păianjeni, prima mașină rutieră care a adoptat motorul Wankel.
- Între 1967 și 1977 producătorul german NSU a produs aproximativ 37.500 Ro80, mașini echipate cu un motor Wankel bimotor, similar cu cel adoptat pe GS Birotor Citroën.
- Între 1970 și 1971, producătorul francez Citroën a produs 267 de mașini M35 echipate cu un motor Wankel cu un singur rotor.
- Între 1974 și 1975, compania franceză Citroën a produs 847 GS Birotor, mașini echipate cu un motor Wankel bimotor, similar cu cel adoptat pe RO80 NSU.
- În 1991 , Mazda a câștigat 24 de ore de la Le Mans cu prototipul sport 787B alimentat de un motor cu patru motoare de 700 CP. La sfârșitul sezonului, Federația Internațională a Automobilelor a interzis utilizarea acestui tip de motor pentru aceste competiții.
- În 1980 , în Rusia au fost construite 250 de Lada "Zhiguli" cu 70 de motoare, urmate, în a doua jumătate a anilor 1980, de un alt lot de 130 CP Lada Samara cu două motoare. Acestea erau mașini atribuite în mod experimental poliției și KGB , dar cu fiabilitate redusă (datorită nivelului scăzut de calitate al materialelor utilizate), în ciuda rafinamentului tehnic relativ (ambele motoare erau echipate cu un sistem electronic special care injecta umpleți uleiul direct în rotor pentru ungerea garniturilor Apex).
- Ultima mașină de producție care a adoptat acest tip de motor a fost coupe - ul japonez Mazda RX-8 , din 2003 , care a ieșit din producție în 2012 din cauza reglementărilor anti-poluare, produse în aproximativ 192.094 unități.
Aplicarea motocicletei
Bicicletele care au folosit acest motor sunt:
- Suzuki RE5 , produs în 1975 cu motor de 497 cm³;
- Hercules W2000 , produs de grupul Sachs între 1974 și 1976 cu un motor de 294 cm³;
- Norton Interpol II , produs în 1984 cu un motor de 588 cm³;
- Norton Classic ;
- Norton Commander P52 și P53 produse din 1988 până în 1992 cu motor de 588 cm³;
- Norton F1 , produs în 1990;
- Norton RCW 588 ;
- Norton NRV 588 , produs din 2008 cu un motor de 588 cm³;
- BMW R27 , produs în 1960 cu un motor de 250 cm³; [ fără sursă ]
- Van Veen OCR 1000 , produs din 1977 până în 1981 cu motor de 996 cm³.
Motorul Wankel de astăzi
Există mici companii specializate în lume care proiectează și produc motoare Wankel pentru aplicații atât pe teren (mașini, motociclete, snowmobile), navale și aviație. Aceste companii exploatează modularitatea în cuplarea dintre mai multe rotoare Wankel pentru a avea în catalog diferite tipuri de motoare cu puteri cuprinse între 40 și peste 300 CP doar prin cuplarea a două sau mai multe rotoare de același tip. Rezultatul este o flexibilitate considerabilă și simplitatea construcției, mult apreciată atât de companii, pentru costul redus de proiectare, producție și asamblare, cât și de clienți, pentru varietatea aproape infinită de produse din care să aleagă.
Până în prezent, există o versiune a motorului Wankel pentru modelul de aeronavă de numai 4,97 cm³ produsă de motoarele japoneze OS, alimentate de un amestec de metanol-nitrometan-ulei, sistem de autoaprindere (bujie incandescentă) și capabil să livreze 1,08 CP la 18 000 rpm.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe motorul Wankel
linkuri externe
- Motorul rotativ Wankel , pe digilander.libero.it .
- Site-ul NSU Ro80 , la nsu-ro80.de .
- Istoria Wankel-ului din Mazda
| Controlul autorității | LCCN (EN) sh85145097 · GND (DE) 4137155-0 |
|---|
